你能想象嗎？平日里被我們隨手扔掉的柚子皮，竟然能搖身一變，成為發(fā)電設(shè)備和監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的 “神器”！這可不是天方夜譚，而是美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校的研究人員帶來(lái)的神奇成果。

柚子是東南亞和東亞廣泛種植的一種大型柑橘類水果，它的果皮特別厚，我們?cè)诔澡肿訒r(shí)，這些果皮大多都被當(dāng)成扔掉了，造成了大量的食物浪費(fèi)。但伊利諾伊大學(xué)的研究人員卻從中看到了不一樣的可能，他們開(kāi)展了一項(xiàng)研究，探索如何將柚子皮變廢為寶。

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研究團(tuán)隊(duì)成員、伊利諾伊大學(xué)食品科學(xué)與人類營(yíng)養(yǎng)系助理教授王逸程介紹說(shuō)，柚子皮主要分為兩層，外面一層很薄，里面那層厚厚的白色部分質(zhì)地柔軟，摸起來(lái)像海綿。以往有人用柚子皮提取精油或果膠，而他們則盯上了柚子皮天然的多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，希望把柚子皮升級(jí)改造成更有價(jià)值的產(chǎn)品，這樣既能減少柚子生產(chǎn)、消費(fèi)和榨汁過(guò)程中產(chǎn)生的，還能讓這些食物和農(nóng)業(yè)廢料發(fā)揮更大作用。

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在研究過(guò)程中，研究人員先把柚子皮從果肉上分離下來(lái)，去掉最外面那層，然后對(duì)里面厚厚的白色部分進(jìn)行加工。他們把這部分切成小塊，再通過(guò)冷凍干燥的方法，保留住它獨(dú)特的三維多孔結(jié)構(gòu)，之后放在不同濕度的環(huán)境里儲(chǔ)存起來(lái)做進(jìn)一步分析。

經(jīng)過(guò)對(duì)柚子皮化學(xué)成分和機(jī)械性能的研究，研究人員成功制造出了能把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，而且這些設(shè)備還能當(dāng)作自供電的運(yùn)動(dòng)傳感器使用。這其中的原理就是 “接觸起電”。王逸程教授解釋說(shuō)，接觸起電聽(tīng)起來(lái)復(fù)雜，其實(shí)生活中很常見(jiàn)。比如冬天摸門把手時(shí)，有時(shí)會(huì)被電一下，這就是接觸起電，也叫摩擦起電，“tribo” 在英文里就是摩擦的意思。兩種材料相互摩擦?xí)r，電荷會(huì)在它們之間轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生靜電。研究人員就想辦法收集并利用這種電。

在制作設(shè)備時(shí)，他們把柚子皮生物質(zhì)和聚酰亞胺塑料薄膜作為兩個(gè)摩擦電層，當(dāng)有外力作用時(shí)，這兩層就會(huì)接觸。然后在每一層上都貼上銅箔電極，這樣就能測(cè)試這個(gè)設(shè)備把外部機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的能力了。結(jié)果讓人驚喜，只要用手指輕輕點(diǎn)擊這些用柚子皮做的摩擦電設(shè)備，就能點(diǎn)亮大約 20 個(gè)發(fā)光二極管（LED）。而且，如果把這個(gè)設(shè)備和包含儲(chǔ)能單元的電源管理系統(tǒng)整合在一起，它還能為計(jì)算器或運(yùn)動(dòng)手表供電，完全不需要外接電源。

柚子皮獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)，還讓基于它制作的摩擦電設(shè)備對(duì)力和力的頻率非常敏感。研究人員利用這一特點(diǎn)，把這種設(shè)備做成傳感器，貼在人體不同部位，成功監(jiān)測(cè)到了關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、步態(tài)模式等生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)槿梭w不同部位的運(yùn)動(dòng)能讓摩擦電層產(chǎn)生接觸起電，不同的運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生不同的電信號(hào)。這一成果對(duì)于醫(yī)療保健和物理康復(fù)領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，具有很大的價(jià)值。

目前，研究人員已經(jīng)為他們用柚子皮制作的摩擦電設(shè)備申請(qǐng)了臨時(shí)專利。王逸程教授表示，這項(xiàng)研究展示了將食物轉(zhuǎn)化為增值設(shè)備和材料的可能性，有望替代或補(bǔ)充不可再生材料，減少浪費(fèi)，為可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。他們還會(huì)繼續(xù)探索更多將食物和農(nóng)業(yè)廢料升級(jí)再利用的方法。說(shuō)不定在未來(lái)，柚子皮這樣的 “廢料” 會(huì)成為推動(dòng)科技進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)的重要力量呢！

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參考資料：DOI： 10.1021/acsami.4c02319