a)积液Juncus effusus L.(乙脑)b)提取乙脑通气组织(JEA)泡沫。c) JEA网络的SEM图像。d)中空星状纤维素单元(HSCU)的偏振光学显微镜图像。e) HSC-TENG制备工艺及结构示意图。f) AgNWs电极的SEM图像。g)原始中空星状纤维素(PHSC)膜表面的SEM图像。h)半透明可弯曲的PHSC。i)轻质PHSC (3cm × 2cm, 19.86 mg)。学分:先进功能材料(2023)。DOI: 10.1002 / adfm.202304801
陈琦的研究故事充满了意外。在攻读博士学位的第一年，她和朋友们在该校泽尼克校区闲逛，讨论他们的研究课题。陈告诉他们，她要研究泡沫状材料。一个朋友正在随意地剥一种草状植物的茎，从而露出它的内部，似乎有一个开放和通风的结构。他开玩笑地建议陈也许想学习一下。她把它放在背包里，然后就把它忘了。
将近两年后，陈在她的背包里又发现了这棵植物。她一直在尝试用泡沫材料作为细菌生存的环境，从细菌中诱导电流。结果并不乐观，所以她决定仔细研究一下这种类似草的植物:一种常见的湿地杂草，叫做软草(Juncus effusus L.)。
细小的雪花
“软灯芯草茎的结构由相互连接的星星层组成，有点像微小的雪花，”陈解释说。这些层彼此堆叠在一起，形成了一个允许大量空气流过的结构。Chen说:“我的样品是超轻的。有一次，我没有把样品盖上，当我打开实验室的门时，样品被吹走了。看起来走廊上好像下过雪。许多水生或湿地植物的内部都有这样一个开放的结构，叫做通气组织。“植物需要这种开放的结构来呼吸，”陈说，“因为它们的根在潮湿的环境中，它们需要从空气中吸收氧气，并通过茎输送氧气。”事实证明，这种材料也是天然植物泡沫的一个很好的替代资源。
一个放在鞋子里的小装置
柔软的灯芯草茎上的小雪片的独特形状也非常适合制造纳米发电机:一种产生电荷的微小装置，可以用作传感器或能源。这样的纳米发电机可以帮助使目前越来越小的可穿戴设备更加可持续，取代成为电子垃圾的电池。他和同事李文健、冯燕一起制造了一个邮票大小的纳米发电机，厚度约为一毫米。合著者Dina Maniar解释说:“你可以把它放在鞋子里，当你走、跳或跑的时候，它会释放出一个我们可以识别的独特信号。”这个微型装置的原理与你走在地毯上触摸门把手时产生的触电相同:即所谓的摩擦电效应。它由两个表面粗糙的小层组成。这两层由分离器分开，但当被按压时，两层之间会产生摩擦，从而产生电荷——就像你在地毯上拖脚时产生的电荷一样。Maniar说:“这使我们能够将运动转化为电信号。”柔软的灯芯草上的微小雪花形成了一个粗糙的、泡沫状的表面，在纳米发电机的各层上有许多孔:这对于各层之间的摩擦是很好的，同时又保持了它的重量。这又是一次偶然的发现:陈把一些溶解的植物材料掉在铝箔上，却没有清理干净。水蒸发了，留下了一层薄薄的薄膜，表面粗糙，像小雪花。
我们真的可以称之为可持续发展
多年来，研究人员一直试图以植物纤维素为基础制造泡沫状材料。应用化学教授和合著者Katja Loos解释说:“通常情况下，大量资源用于提取纤维素，破坏其结构。”“然后，大量资源投入到生产新材料所需的结构中。”陈通过剥去花茎并将其溶解在一种简单的混合物中，保留了柔软的灯心草内部的组成部分——小“雪花”。“所以，我们真的可以称之为可持续发展，”陈说。在这个过程中，几乎没有能源和基于石油的化石材料。Chen目前正在开发其他应用程序。她想用柔软的雪花作为电池的一部分，并清除水中的污染物。不幸的是，陈发现，当地机构近期已经拆除了许多软rush生长。她耸了耸肩。“现在我只需要骑得更远一点就能得到它。”她笑着说:“在我们的实验室里，它不是杂草;这是一种宝贵的资源。这项研究发表在《功能材料和纤维素》杂志上。