瑞士的研究人员正在利用我们脚下意想不到的能源来源：木地板。他们在《Matter》期刊上发布的纳米发电机能够通过脚步产生能量。他们还通过结合硅涂层和嵌入的纳米晶体改进了用于纳米发电机的木材，使设备的效率提高了80倍，足以为LED灯泡和小型电子设备供电。
研究团队通过将两块功能化木材夹在电极之间，将木材转变为纳米发电机。当踩上木材时，木材会通过周期性接触和分离而带电，这种现象称为摩擦电效应。电子可以从一个物体转移到另一个物体，从而产生电力。然而，使用木材制造纳米发电机存在一个问题。
“木材基本上是摩擦中性体，”资深作者Guido Panzarasa说，他是位于苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）和瑞士材料科学与技术联邦实验室（Empa Dübendorf）的木材材料科学教授的组长。“这意味着木材没有真正的倾向去获得或失去电子。”这限制了材料产生电力的能力，“因此，挑战在于制造能够吸引和失去电子的木材，”Panzarasa解释道。
为了增强木材的摩擦电特性，科学家们用聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂覆一块木材，该硅材料在接触时会获得电子，同时对另一块木材进行功能化，使用原位生长的纳米晶体，称为沸石咪唑框架-8（ZIF-8）。ZIF-8是金属离子和有机分子的混合网络，具有更强的失去电子的倾向。他们还测试了不同类型的木材，以确定某些物种或木材切割方向是否会影响其摩擦电特性，从而作为涂层的更好支架。
研究人员发现，使用径向切割的云杉（欧洲常用建筑木材）制造的摩擦电纳米发电机表现最佳。这些处理共同提升了摩擦电纳米发电机的性能：其产生的电力是天然木材的80倍。该设备在稳定的力量下，电力输出在1500个周期内也保持稳定。
研究人员发现，表面积略小于一张纸的木地板原型能够产生足够的能量来驱动家用LED灯和小型电子设备，如计算器。当一个成年人走在上面时，他们成功点亮了一个灯泡，将脚步转化为电力。
“我们的重点是展示通过相对环保的程序修改木材以使其具有摩擦电性是可能的，”Panzarasa说。“云杉便宜且易得，具有良好的机械性能。功能化方法相当简单，可以在工业水平上进行规模化。这只是一个工程问题。”
除了高效、可持续和可扩展外，新开发的纳米发电机还保留了木材在室内设计中有用的特性，包括其机械强度和温暖的颜色。研究人员表示，这些特性可能有助于促进木材纳米发电机作为智能建筑中的绿色能源来源的使用。他们还表示，木材建筑可以通过在材料的生命周期内从环境中固定二氧化碳来帮助缓解气候变化。
Panzarasa和他的团队的下一步是进一步优化纳米发电机，使用更环保且更易于实施的化学涂层。“尽管我们最初专注于基础研究，但最终，我们所做的研究应该导致现实世界中的应用，”Panzarasa说。“最终目标是理解木材的潜力，超越已知的特性，为未来可持续的智能建筑赋予木材新的属性。”