Holz hat, was kaum jemand weiß, piezoelektrische Eigenschaften. Wenn man es zusammendrückt, entsteht eine elektrische Spannung, wie beim Feuerzeug, das beim Druck auf den Auslöser einen Funken erzeugt. Diese Spannung ist jedoch so klein, dass sie kaum messbar ist. Ingo Burgert, Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETZ) und der dem ETZ-Materialforschungsinstitut Empa, und sein Doktorand Jianguo Sun wollten sich damit nicht zufriedengeben und begannen nach Wegen zu suchen, wie man den Effekt verstärken kann. Ziel war es, Trittflächen in Generatoren zur Stromerzeugung herzustellen, zumindest aber umweltverträgliche Drucksensoren möglich zu machen.


Bild: ACS Nano / Empa

Aus Balsa wird ein weißer Holzschwamm

Wenn man Lignin, das den Holzfasern Stabilität verleiht, sodass Bäume eine Höhe von Dutzenden Metern erreichen, aus dem Holz entfernt wird es verformbar. Gleichzeitig verstärkt sich der piezoelektrische Effekt. Diese Delignifizierung gelingt in einer Mischung aus Wasserstoffperoxid und Essigsäure. Sie wäscht das Lignin heraus. Übrig bleibt ein Gerüst aus Zelluloseschichten. „Wir machen uns die hierarchische Struktur des Holzes zunutze, ohne sie, wie etwa bei der Papierherstellung, zuerst ganz aufzulösen und die Fasern anschließend wieder verbinden zu müssen“, erklärt Burgert.

Aus einem Stück Balsaholz wird so ein weißer Holzschwamm, der aus übereinanderliegenden, dünnen Zelluloseschichten besteht. Diese lassen sich einfach zusammenpressen und nehmen danach wieder in ihre ursprüngliche Form an. „Der Holzschwamm erzeugt eine 85 Mal höhere elektrische Spannung im Vergleich zu nativem Holz“, sagt Sun.


Bei jeder Belastung entsteht eine kleine Spannung

Das Team unterzog einen Testwürfel mit einer Kantenlänge von etwa 1,5 Zentimetern rund 600 Belastungszyklen. Bei jeder Belastung maßen die Forscher eine Spannung von 0,63 Volt. Das reicht für einen Drucksensor aus. Werden 30 solcher Holzklötzchen miteinander verbunden und gleichmäßig mit dem Körpergewicht eines Erwachsenen belastet, fließt kurzzeitig so viel Strom, dass ein einfaches LCD-Display aufleuchtet. Wenn der so erzeugte Strom in einer Batterie gesammelt wird, lässt er sich nutzen, etwa um Sensoren mit Strom zu versorgen, die für das Internet der Dinge gebraucht werden. Würden die Holzklötzchen in stark frequentierte Fußböden integriert, hätte man eine zusätzliche umweltverträgliche Stromquelle.

via ETH Zürich

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