大学校园里用植物制成的自供电传感器

陈奇的研究故事充满了偶然性。在攻读博士学位的第一年，她和朋友们在大学泽尼克校区闲逛，讨论他们的研究主题。陈告诉他们，她将研究泡沫状材料。一位朋友正随意地剥开一株类似草的植物的茎，从而露出它的内部，看起来有一个开放且通风的结构。他开玩笑地建议陈可能想研究一下。她把它放进背包里，然后就忘记了这件事。

近两年后，陈再次在背包里发现了这种植物。她一直试图用泡沫材料作为细菌生存的环境，尝试从细菌中感应出电流。结果并不乐观，所以她决定仔细观察这种草状植物：一种常见的湿地杂草，称为软草。灯心草(灯芯草 effusus L.)。

小雪花

“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，”陈解释道。这些层相互堆叠，形成一个允许大量空气流过的结构。陈：“我的样品超轻。有一次，我没有盖上样品，当我打开实验室门时，样品被吹走了。走廊里看起来好像下雪了。”

许多水生或湿地植物的内部都由这种开放结构组成，称为通气组织。“植物需要这种开放的结构来呼吸，”陈说，“因为它们的根部处于潮湿的环境中，它们需要从空气中吸收氧气并通过茎运输。” 事实证明，这种材料也是天然植物泡沫的绝佳替代资源。

一个可以放进鞋里的小装置

柔软的灯芯草茎中的小雪花的独特形状也非常适合构建纳米发电机：一种产生电荷的微型装置，可用作传感器或能源。这种纳米发电机可以帮助使当前可穿戴设备越来越小的趋势更加可持续，取代最终成为电子垃圾的电池。

陈与同事李文建和严锋一起建造了一个邮票大小、厚度约一毫米的纳米发电机。它的工作原理是运动传感器，合著者迪娜·马尼亚尔解释说：“你可以把它放在鞋子里，当你走路、跳跃或跑步时，它会释放出我们可以识别的独特信号。”

这种微型设备的原理与当你在地毯上行走后触摸门把手时会感到电击的现象相同：即所谓的摩擦起电效应。它由两个表面粗糙的小层组成。这两层由隔离物分开，但当受压时，两层之间会产生摩擦，从而产生电荷——就像你在地毯上拖着脚时产生的电荷一样。Maniar：“这使我们能够将运动转化为电信号。”

来自软灯心草植物的微小雪花在纳米发电机的各层上形成了粗糙的泡沫表面，并具有许多孔隙：非常适合各层之间的最佳摩擦，同时保持其非常轻的质量。这又是一个偶然的发现：陈将一些溶解的植物材料掉在铝箔上，但未能清理干净。水蒸发了，留下了一层薄膜，表面粗糙，就像微小的雪花一样。

我们真的可以称之为可持续的

多年来，研究人员一直试图生产基于植物纤维素的泡沫状材料。应用化学教授兼合著者卡佳·洛斯(Katja Loos)解释说：“通常，大量资源用于提取纤维素，破坏其原有的结构。” “然后，大量资源投入到生产新材料所需的结构中。”

通过剥去茎并将其溶解在简单的混合物中，陈能够保留软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的，”陈说：这个过程几乎没有消耗能源，也没有使用石油基化石材料。陈目前正在研究其他应用：她想使用柔软的灯芯草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，当地政府最近移除了许多软灯心草植物。她耸耸肩。“现在我只需要再骑一点就能得到它。” 她微笑着说：“在我们的实验室里，它不是杂草;它是杂草。” 这是一种宝贵的资源。