Puusta nanotekniikan alusta elektroniikalle ja energialle

Teollisuuden hiilidioksidipäästöjen jatkuvasti kasvaessa uusiutuvien materiaalien etsintä, jotka voivat palvella useita teknologisia toimintoja, on tullut yhä tärkeämmäksi.

Kahden kiinalaisen yliopiston tutkijaryhmä on nyt julkaissut kattavan katsauksen, jossa tarkastellaan, miten luonnonpuuta voidaan nanotekniikan avulla muuttaa korkean suorituskyvyn materiaaleiksi energia- ja ympäristösovelluksiin.

Katsauksessa tutkijat tiivistävät systemaattisesti puun rakenteelliset ominaisuudet, suorituskykyedut ja moniulotteiset funktionalisointireitit luonnollisena ja uusiutuvana materiaalina.

Funktionalisoinnin perusvaiheena mekaaninen käsittely – mukaan lukien jauhaminen, pyöröleikkaus, tarkkuussahaus ja puristus – voi lisätä ominaispinta-alaa, paljastaa enemmän aktiivisia kohtia ja säilyttää luonnollisen huokoisen rakenteen ja selluloosan orientaation, mikä optimoi mekaaniset ja johtavat ominaisuudet ja tarjoaa samalla ihanteellisen alustan myöhemmille käsittelyille.

Edelleen hiiletys muuttaa puun hiilipohjaisiksi materiaaleiksi, joilla on korkea sähkönjohtavuus ja hierarkkinen huokoisuus, jotka yhdistettynä metallioksidien (esim. MnO2, Co(OH)2) laskeutumiseen voivat saavuttaa suuren ominaiskapasitanssin (jopa 3 395 mF cm− 2) ja erinomaisen 88,6 %:n syklisen kapasitanssin säilyvyyden.

Laserilla indusoitu grafeeniteknologia (LIG) mahdollistaa erittäin johtavien mikro-/nanorakenteiden suoran valmistuksen puupinnoille, mikä tarjoaa edullisen ja biohajoavan alustan joustavalle elektroniikalle ja antureille.

Nanokomposiittistrategiat – jotka perustuvat in situ -kasvuun, pinnan komposiitointiin ja rakenteelliseen säätelyyn – integroivat metalleja, metallioksideja, hiilipohjaisia ja polymeerisiä nanomateriaaleja puun monimuotoiseen arkkitehtuuriin parantaen merkittävästi sen sähkökemiallista, optista ja mekaanista suorituskykyä.

Näiden funktionalisointistrategioiden ansiosta puupohjaiset materiaalit ovat osoittaneet erinomaista suorituskykyä ja kestävyyspotentiaalia erilaisissa sovelluksissa, mukaan lukien energian varastointilaitteet (litium-/natrium-ioniakut, metalli-ilma-akut), vedenkäsittely (fotokatalyyttinen hajoaminen, adsorptio-suodatus, aurinkoenergian avulla tapahtuva haihduttaminen), aurinkoenergian kerääminen (aurinkosähkö ja fototerminen konversio), vesivoiman tuotanto (suurin tehotiheys 6,75 μW cm −2 ) ja triboelektriset nanogeneraattorit (lähtöjännite jopa 360 V, tehotiheys 0,76 W m −2 ).

Nämä edistysaskeleet ovat nopeuttaneet puun muuttumista perinteisestä rakennemateriaalista tehokkaaksi, monitoimiseksi ja monialaiseksi vihreän teknologian alustaksi.

Aiheesta aiemmin:

Kasvien inspiroimia häive- ja ionijohdetekniikkaa

Sähköä puusta

Haisevista hedelmistä superkonkkia