Китайские ученые создали зеленый датчик на основе древесины

Китайские исследователи из Ланьчжоуского университета экспериментально обнаружили значительный флексоэлектрический эффект в древесине. Такие результаты предоставляют новую материальную систему и техническую поддержку для разработки экологически чистых, устойчивых, гибких электронных устройств и автономных датчиков. Об этом сообщает China Daily, партнер TV BRICS.

Флексоэлектричество – это явление, при котором материал вырабатывает электричество под действием неравномерной деформации, например изгиба или сжатия с разной силой в разных местах. Данное свойство широко изучалось в синтетических материалах: кристаллах, керамике и металлах, – однако оставалось малоисследованным в природных биоматериалах, таких как древесина.

«Из-за сложной иерархической структуры древесины и других факторов, затрудняющих точную идентификацию, прямое обнаружение флексоэлектрического эффекта в древесине и других природных биоматериалах представляет собой сложную задачу», – пояснил профессор Школы материаловедения и энергетики Ланьчжоуского университета Лю Шухай.

Ученые усилили градиент деформации за счет структурной реконструкции и подтвердили возникновение электрического отклика при изгибе. Древесина, обработанная методом делигнификации (процесс удаления лигнина – богатого углеродом вещества, содержащегося в древесине) и сжатием, показала экологичность и устойчивость биоматериалов. Это доказало, что с помощью конструкционного проектирования природным биоматериалам можно придать высокоэффективную электромеханическую функциональность.

«Древесина широко доступна, является возобновляемым и биоразлагаемым материалом, а также обладает естественной иерархической структурой, ориентированными клеточными стенками и множеством пор, что обеспечивает естественную структурную основу для регулирования градиента деформации и электромеханических взаимодействий», – отметил профессор Школы гражданского строительства и механики Ланьчжоуского университета Ван Цзицзэн.

На основе этого материала исследователи разработали автономный гибкий датчик. Устройство преобразует деформации от движений человека в электрические сигналы без внешнего источника питания. Датчик способен отслеживать движения пальцев, запястий и даже сокращения мышц.

«Наше исследование показывает, что конструкционная древесина может использоваться как традиционный несущий материал, а также как основной функциональный элемент для экологически чистой гибкой электроники и автономных сенсорных компонентов, что открывает потенциальные перспективы применения в таких областях, как носимая электроника, мониторинг здоровья, взаимодействие человека с машиной и интеллектуальные биоинтерфейсы», – отметил Ван Цзицзэн.

Профессор также обратил внимание, что флексоэлектрические материалы на основе древесины обладают преимуществами в экологичности, ресурсосбережении и механической адаптивности.