开发低成本和可生物降解的压电纳米发电机对于获取低级机械能用于可穿戴传感器的各种应用都具有重要意义。许多应用最广泛的压电材料，包括锆钛酸铅(PZT)，都存在合成复杂、力学性能差(如脆性)和有毒成分等严重缺陷，这严重限制了它们在生物医学领域的发展，同时，对它们的处理也带来了环境污染问题。
近日，苏黎世联邦理工学院Ingo Burgert，美国佐治亚理工学院等人报道了基于简单的脱木素过程获得的木质海绵，获得了一种低成本、可生物降解、生物相容性和高度可压缩性的压电纳米发电机。
文章要点
1）木材具有蜂窝状结构，研究人员通过基于过氧化氢和乙酸的浓缩混合物的一步化学脱木素，然后进行冷冻干燥步骤，将其改性为具有弹簧状的片层结构。在选择性去除木质素和半纤维素后，得到的结构可以重复压缩，而不会破坏结构。此外，木质海绵在压缩时会产生电荷，由于晶体纤维素的固有压电行为，这些电荷可以收集到它的表面。压缩性越高，晶体纤维素的位移越大，从而提高了电输出。
2）结果显示，由于木质海绵的可压缩性增强，木质纳米发电机（15×15×14 mm3，纵向×径向×切向）可以产生高达0.69 V的输出电压，是未处理木材产生的电压的85倍，并且在反复循环压缩（≥600循环）下表现出稳定的性能。
3）通过展示木质海绵发电机作为可穿戴运动监控系统（由单个木质海绵制成）和作为大型原型机（具有增加的输出功率（由30个木质海绵制成））的应用来证明纳米发电机的多功能性，从而能够为简单的电子设备供电（ LED灯，LCD屏幕）。此外，通过研究其与纤维素降解真菌的分解，有效证实了木海绵压电纳米发电机的生物降解性。
A Sustainable and Biodegradable Wood Sponge Piezoelectric Nanogenerator for Sensing and Energy Harvesting Applications, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c05493
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05493
