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a)積液Juncus effusus L.(乙腦)b)提取乙腦通氣組織(JEA)泡沫。c) JEA網絡的SEM圖像。d)中空星狀纖維素單元(HSCU)的偏振光學顯微鏡圖像。e) HSC-TENG制備工藝及結構示意圖。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PHSC (3cm × 2cm, 19.86 mg)。學分:先進功能材料(2023)。DOI: 10.1002 / adfm.202304801

陳琦的研究故事充滿了意外。在攻讀博士學位的第一年，她和朋友們在該校澤尼克校區閑逛，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，從而露出它的內部，似乎有一個開放和通風的結構。他開玩笑地建議陳也許想學習一下。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現了這棵植物。她一直在嘗試用泡沫材料作為細菌生存的環境，從細菌中誘導電流。結果并不樂觀，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

“軟燈芯草莖的結構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構。Chen說:“我的樣品是超輕的。有一次，我沒有把樣品蓋上，當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部都有這樣一個開放的結構，叫做通氣組織。“植物需要這種開放的結構來呼吸，”陳說，“因為它們的根在潮濕的環境中，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電機:一種產生電荷的微小裝置，可以用作傳感器或能源。這樣的納米發電機可以幫助使目前越來越小的可穿戴設備更加可持續，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。”這個微型裝置的原理與你走在地毯上觸摸門把手時產生的觸電相同:即所謂的摩擦電效應。它由兩個表面粗糙的小層組成。這兩層由分離器分開，但當被按壓時，兩層之間會產生摩擦，從而產生電荷——就像你在地毯上拖腳時產生的電荷一樣。Maniar說:“這使我們能夠將運動轉化為電信號。”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現: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發展

多年來，研究人員一直試圖以植物纖維素為基礎制造泡沫狀材料。應用化學教授和合著者Katja Loos解釋說:“通常情況下，大量資源用于提取纖維素，破壞其結構。”“然后，大量資源投入到生產新材料所需的結構中。”陳通過剝去花莖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部的組成部分——小“雪花”。“所以，我們真的可以稱之為可持續發展，”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目前正在開發其他應用程序。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，陳發現，當地機構近期已經拆除了許多軟rush生長。她聳了聳肩。“現在我只需要騎得更遠一點就能得到它。”她笑著說:“在我們的實驗室里，它不是雜草;這是一種寶貴的資源。這項研究發表在《功能材料和纖維素》雜志上。