a)積液Juncus effusus L.(乙腦)b)提取乙腦通氣組織(JEA)泡沫。c) JEA網(wǎng)絡(luò)的SEM圖像。d)中空星狀纖維素單元(HSCU)的偏振光學(xué)顯微鏡圖像。e) HSC-TENG制備工藝及結(jié)構(gòu)示意圖。f) AgNWs電極的SEM圖像。g)原始中空星狀纖維素(PHSC)膜表面的SEM圖像。h)半透明可彎曲的PHSC。i)輕質(zhì)PHSC (3cm × 2cm, 19.86 mg)。學(xué)分:先進功能材料(2023)。DOI: 10.1002 / adfm.202304801

陳琦的研究故事充滿了意外。在攻讀博士學(xué)位的第一年，她和朋友們在該校澤尼克校區(qū)閑逛，討論他們的研究課題。陳告訴他們，她要研究泡沫狀材料。一個朋友正在隨意地剝一種草狀植物的莖，從而露出它的內(nèi)部，似乎有一個開放和通風(fēng)的結(jié)構(gòu)。他開玩笑地建議陳也許想學(xué)習(xí)一下。她把它放在背包里，然后就把它忘了。

將近兩年后，陳在她的背包里又發(fā)現(xiàn)了這棵植物。她一直在嘗試用泡沫材料作為細菌生存的環(huán)境，從細菌中誘導(dǎo)電流。結(jié)果并不樂觀，所以她決定仔細研究一下這種類似草的植物:一種常見的濕地雜草，叫做軟草(Juncus effusus L.)。

細小的雪花

“軟燈芯草莖的結(jié)構(gòu)由相互連接的星星層組成，有點像微小的雪花，”陳解釋說。這些層彼此堆疊在一起，形成了一個允許大量空氣流過的結(jié)構(gòu)。Chen說:“我的樣品是超輕的。有一次，我沒有把樣品蓋上，當(dāng)我打開實驗室的門時，樣品被吹走了。看起來走廊上好像下過雪。許多水生或濕地植物的內(nèi)部都有這樣一個開放的結(jié)構(gòu)，叫做通氣組織。“植物需要這種開放的結(jié)構(gòu)來呼吸，”陳說，“因為它們的根在潮濕的環(huán)境中，它們需要從空氣中吸收氧氣，并通過莖輸送氧氣。”事實證明，這種材料也是天然植物泡沫的一個很好的替代資源。

一個放在鞋子里的小裝置

柔軟的燈芯草莖上的小雪片的獨特形狀也非常適合制造納米發(fā)電機:一種產(chǎn)生電荷的微小裝置，可以用作傳感器或能源。這樣的納米發(fā)電機可以幫助使目前越來越小的可穿戴設(shè)備更加可持續(xù)，取代成為電子垃圾的電池。他和同事李文健、馮燕一起制造了一個郵票大小的納米發(fā)電機，厚度約為一毫米。合著者Dina Maniar解釋說:“你可以把它放在鞋子里，當(dāng)你走、跳或跑的時候，它會釋放出一個我們可以識別的獨特信號�！边@個微型裝置的原理與你走在地毯上觸摸門把手時產(chǎn)生的觸電相同:即所謂的摩擦電效應(yīng)。它由兩個表面粗糙的小層組成。這兩層由分離器分開，但當(dāng)被按壓時，兩層之間會產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生電荷——就像你在地毯上拖腳時產(chǎn)生的電荷一樣。Maniar說:“這使我們能夠?qū)⑦\動轉(zhuǎn)化為電信號。”柔軟的燈芯草上的微小雪花形成了一個粗糙的、泡沫狀的表面，在納米發(fā)電機的各層上有許多孔:這對于各層之間的摩擦是很好的，同時又保持了它的重量。這又是一次偶然的發(fā)現(xiàn):陳把一些溶解的植物材料掉在鋁箔上，卻沒有清理干凈。水蒸發(fā)了，留下了一層薄薄的薄膜，表面粗糙，像小雪花。

我們真的可以稱之為可持續(xù)發(fā)展

多年來，研究人員一直試圖以植物纖維素為基礎(chǔ)制造泡沫狀材料。應(yīng)用化學(xué)教授和合著者Katja Loos解釋說:“通常情況下，大量資源用于提取纖維素，破壞其結(jié)構(gòu)。”“然后，大量資源投入到生產(chǎn)新材料所需的結(jié)構(gòu)中�！标愅ㄟ^剝?nèi)セㄇo并將其溶解在一種簡單的混合物中，保留了柔軟的燈心草內(nèi)部的組成部分——小“雪花”。“所以，我們真的可以稱之為可持續(xù)發(fā)展，”陳說。在這個過程中，幾乎沒有能源和基于石油的化石材料。Chen目前正在開發(fā)其他應(yīng)用程序。她想用柔軟的雪花作為電池的一部分，并清除水中的污染物。不幸的是，陳發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貦C構(gòu)近期已經(jīng)拆除了許多軟rush生長。她聳了聳肩�！艾F(xiàn)在我只需要騎得更遠一點就能得到它�！彼�笑著說:“在我們的實驗室里，它不是雜草;這是一種寶貴的資源。這項研究發(fā)表在《功能材料和纖維素》雜志上。