Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в полезную электрическую энергию. Американские ученые выяснили, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения) провоцирует аномальную ориентацию больших дюн Титана. Несмотря на многочисленные попытки включить трибоэлектрический эффект в современные технологии, ни одно изобретенное устройство массово не производилось и не поступало в. Ученые предложили новое устройство для генерации электроэнергии из океанских волн с помощью трибоэлектрического эффекта. Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения.
ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ
- Ученые научились получать электричество из человека
- Миниатюрные ветряные турбины для сбора энергии ветра
- Как работает трибоэлектрический наногенератор?
- В Китае создали ткань, заряжающуюся от движения
Ученые нашли в космосе электрическую луну
Если вы когда-нибудь заглядывали под поверхность океана, вы видели, как водоросли колеблются взад и вперед в потоке. Ученые из китайского Даляньского морского университета теперь использовали то же движение в подводном устройстве для сбора энергии. Инструмент, инспирированный морскими водорослями, был разработан в качестве сборщика энергии волн для морского Интернета вещей. Он представляет собой разновидность трибоэлектрического наногенератора, или сокращенно TENG англ. TENG используют трибоэлектрический эффект - явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала, с которым он контактировал.
Небольшой заряд можно получить, просто стянув через голову шерстяной свитер — однако некоторые комбинации материалов во время трения обеспечивают генерацию сравнительно более сильных зарядов. Ученые объясняют физическую основу этого эффекта обменом электронами на молекулярном уровне. Внешняя поверхность цилиндра меньшего размера и внутренняя часть большего покрываются двумя разными материалами — искусственным мехом и фторированным этилен-пропиленом, аналогом тефлона. Меньший цилиндр свободно вращается внутри большого под действием морских волн, поверхности соприкасаются и создают статическое электричество, которое может быть собрано электродами.
Обычно заряд, накапливающийся на поверхности трибоэлектрика, постепенно теряется или рассеивается, снижая плотность поверхностного заряда и выходную мощность наногенератора. Однако в данном случае добавленная полистироловая мембрана собирает и удерживает заряд, сохраняя плотность поверхностного заряда AF-TENG.
Исследователи использовали AF-TENG для питания 126 коммерческих светодиодов мощностью 0,06 Вт каждый, продемонстрировав практическую осуществимость создания наногенератора. Более того, устройство обладает гибкостью и воздухопроницаемостью, поскольку все компоненты состоят из волокнистых материалов. Эта технология показывает большой потенциал в сборе статического электричества с одежды.
Наилучшая конфигурация с электродами из композита из графитовой пены на полиимиде и алюминия обеспечивает напряжение выше 3,5 кВ с пиковой мощностью более 8 мВт. При испытании исследователи подключили полоску LIG к светодиодам, которые начинали светиться при ударах по устройству. Больший кусок материала, встроенный в триггер, будет генерировать энергию от каждого движения человека, поскольку повторный контакт графенового композита с кожей создает ток для зарядки небольшого конденсатора. После прогулки на 1 км встроенный в обувь наногенератор смог накопить 0,22 мДж электрической энергии на конденсаторе.
В Солнечной системе нашли электрическую луну
Американские ученые показали, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения). Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения (разделения материалов после плотного контакта). While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details. Работа инновационного наногенератора основана на трибоэлектрическом эффекте, то есть на возникновении электрического заряда от трения друг об друга двух разных по составу и. При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект.
Трибоэлектрический эффект пригоден для получения энергии от морских волн
Articles tagged.
Вильке в 1757 году. Обычно положительно заряжаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью так называемое правило Коэна. Всеобъемлющая теория электризации пока не построена, как правило Коэна, так и сам трибоэлектрический ряд являются эмпирическими закономерностями: существуют много различных рядов, и даже относительное положение в ряду не всегда описывает ход процесса. Например, известно трибоэлектрическое кольцо: в паре шёлк-стекло стекло заряжается отрицательно, в паре стекло-цинк отрицательно заряжается цинк, в паре цинк-шёлк отрицательно заряжается шёлк, тем самым упорядоченность вообще отсутствует.
Я и сам хорошо помню, как в 9-ом классе в школе показывали опыт с шерстью и эбонитовой палочкой. Палочку натирали кусочком шерсти, подносили к маленьким обрывкам бумаги, и те, как будто под воздействием магии, притягивались к палочке! Этот опыт является забавным проявлением трибоэлектричества. Научный журнал Nature опубликовал об этом эффекте статью еще в 1926 году, уже тогда утверждая, что «несмотря на большие усилия физиков данный предмет так и не прошел начальную стадию изучения». И это было справедливо до последнего времени. По сути, единственным всемирно известным применением трибоэлектрического эффекта является Ксерокс — копировальные машины, в которых чернильный порошок заряжается из-за трения при вращении барабана.
Проблема в том, что научными методами оказалось сложно изучать этот простой феномен - опыты противоречат теориям, а теория не может объяснить то, что мы видим в реальности. В условиях, когда невозможно обычными способами объяснить эти сложности, появляются всевозможные эзотерические предположения, которые пытаются найти объяснения наблюдаемым явлениям, например, с помощью существования некой особой «электромагнитной материи» Только в последние 10 лет началось новое активное изучение этого явления. Произошло это благодаря изобретению в 2012 году Китайскими учеными трибоэлектрических наногенераторов ТЭНГ. Эти наногенераторы превращают энергию, возникающую при ходьбе, движении пальцев рук, падении снега, капель воды и т. Одновременно развивались и другие направления использования трибоэлектричества.
Все это заклеено водонепроницаемой лентой. Когда разработанный TENG изгибается вперед и назад даже при относительно слабом подводном течении, две полимерные полоски тискаются благодаря губке, периодически входя и выходя из контакта друг с другом, создавая при этом электрический ток. В ходе испытаний в резервуаре с волнами было показано, что несколько трибоэлектрических наногенераторов можно использовать для непрерывного питания таких устройств, как морские датчики окружающей среды, что устраняет необходимость в замене батарей. Устройство демонстрируется на следующем видео и описано в статье, недавно опубликованной в журнале ACS Nano.
Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время движения
А вот то, что из-за трения возникает электричество, которое называют «трибоэлектрическим эффектом», известно более двух тысяч лет. В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов. Кроме того к трибоэлектрическому эффекту может приводить механическое удаление отдельных элементов поверхности пьезоэлектриков или пироэлектриков.
Что лежит в основе трибоэлектрического эффекта?
Поскольку трибоэлектрический эффект в основном определяется электронными и электромеханическими свойствами поверхности полупроводника. Инженеры Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США построили генератор, работающий на трибоэлектрическом эффекте. Например, если прикрепить его к машине, едущей по трассе, то электричество будет вырабатываться уже за счет трибоэлектрического эффекта.
Ученые разработали деревянный пол, вырабатывающий электричество от шагов
За счет своей гибкости и легкого веса, наногенератор можно закрепить на теле, а суперконденсатор надеть на запястье как браслет под электронный часы. Наногенератор генерирует биомеханическую энергию при контакте с телом и передает ее на конденсатор, обеспечивая непрерывную подзарядку часов. Впервые трибоэлектрический эффект описал древнегреческий философ и математик Фалес Милетский в ходе опытов с янтарными палочками. Он заметил, что если янтарную палочку натереть кошачьим мехом, то ей можно «притянуть» легкие предметы, например, перья.
Во время предварительных испытаний, Ван и его коллеги использовали игрушечный автомобиль со светодиодными фарами, чтобы продемонстрировать концепцию.
Они присоединили электрод к колесам автомобиля, и, во время его движения по земле, светодиодные фары загорались. Движение электронов, вызванных трением, было достаточным для того, чтобы сгенерировать нужное количество энергии для питания источника света, что поддерживает идею о потерянной на трение энергии во время движения, которая на самом деле может быть собрана и использована повторно. Исследователи также установили, что количество собранной энергии, непосредственно связано с весом автомобиля и его скоростью.
Фактические испытания показывают незначительную разницу в сродстве заряда между металлами или ее отсутствие, вероятно, потому, что быстрое движение электронов проводимости нивелирует такие различия. Другая серия трибоэлектрических сигналов, основанная на измерении плотности трибоэлектрического заряда материалов, была количественно стандартизирована группой профессора Чжун Линь Ванга. Плотность трибоэлектрического заряда тестируемых материалов измеряли по отношению к жидкому металлу в перчаточном боксе в четко определенных условиях, с фиксированными температурой, давлением и влажностью для достижения надежных значений. Предлагаемый метод стандартизирует экспериментальную установку для единообразного количественного определения поверхностной трибоэлектрификации общих материалов. После контакта между частями двух поверхностей образуется химическая связь, называемая адгезией , и заряды перемещаются от одного материала к другому, чтобы уравнять их электрохимический потенциал. Это то, что создает чистый дисбаланс заряда между объектами. При разделении некоторые из связанных атомов имеют тенденцию удерживать лишние электроны, а некоторые - отдавать их, хотя дисбаланс будет частично нарушен туннелированием или электрическим пробоем обычно коронный разряд. Кроме того, некоторые материалы могут обмениваться ионами разной подвижности или обмениваться заряженными фрагментами более крупных молекул. Трибоэлектрический эффект связан с трением только потому, что они оба связаны с адгезией. Однако эффект значительно усиливается за счет трения материалов друг о друга, поскольку они много раз соприкасаются и разделяются.
Для поверхностей с разной геометрией трение также может привести к нагреву выступов, вызывая пироэлектрик разделение зарядов, которое может добавить к существующей контактной электрификации или может противоречить существующей полярности. Поверхностные наноэффекты недостаточно изучены, и атомно-силовой микроскоп позволил добиться быстрого прогресса в этой области физики. Искры Поскольку поверхность материала теперь электрически заряжена, отрицательно или положительно, любой контакт с незаряженным проводящим объектом или с объектом, имеющим существенно другой заряд, может вызвать электрический разряд накопленное статическое электричество : искра. Человек, просто идущий по ковру, снимая нейлоновую рубашку или трясь об автокресло, также может создать разность потенциалов в несколько тысяч вольт, чего достаточно, чтобы вызвать искру длиной один миллиметр или более. Электростатический разряд может не проявляться во влажном климате, потому что поверхностная конденсация обычно предотвращает трибоэлектрический заряд, а повышенная влажность увеличивает электропроводность воздуха. Это не тот случай, когда емкость одного из объектов очень велика.
Далее исследователи добавили слой электроспининговых полистироловых волокон между серебряными нанопроводами и трибоэлектрической мембраной. Механическое движение тела во время ходьбы или бега заставляет трибоэлектрические слои набирать заряд. Таким образом, механическая энергия преобразуется в электрическую, которая может быть использована для питания электронных устройств. Обычно заряд, накапливающийся на поверхности трибоэлектрика, постепенно теряется или рассеивается, снижая плотность поверхностного заряда и выходную мощность наногенератора.
Однако в данном случае добавленная полистироловая мембрана собирает и удерживает заряд, сохраняя плотность поверхностного заряда AF-TENG. Исследователи использовали AF-TENG для питания 126 коммерческих светодиодов мощностью 0,06 Вт каждый, продемонстрировав практическую осуществимость создания наногенератора.
Проблемы в Intel копились десятилетиями, и инвесторы не верят, что Гелсингер спасёт компанию
Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. Поскольку трибоэлектрический эффект в основном определяется электронными и электромеханическими свойствами поверхности полупроводника. субатомные частицы, переносящие электричество в твердых телах, - могут переходить от одного объекта к другому, генерируя. В его основе лежит трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. Кроме того к трибоэлектрическому эффекту может приводить механическое удаление отдельных элементов поверхности пьезоэлектриков или пироэлектриков.
Обувь с портами для зарядки телефона
- В Солнечной системе нашли электрическую луну
- 'трибоэлектричество'
- Как работает трибоэлектрический наногенератор?
- Ученые нашли самый обильный источник возобновляемой энергии -
- Гибридная ткань преобразует в электричество солнечный свет и механическую энергию
Ученые нашли в космосе электрическую луну
Впервые трибоэлектрический эффект описал древнегреческий философ и математик Фалес Милетский в ходе опытов с янтарными палочками. Он заметил, что если янтарную палочку натереть кошачьим мехом, то ей можно «притянуть» легкие предметы, например, перья. Пожалуйста, оцените статью:.
Жидкий диэлектрик-металл. Твердый диэлектрик и его жидкий аналог.
Из этих сочетаний становится понятным, почему цистерны бензовозов подлежат обязательному заземлению. При перевозке и тряске бензин электризуется о стенки емкости, что угрожает появлением разрядной искры и пожаром с угрозой взрыва. В случае плотного контакта двух диэлектриков, рассмотренных, например, в примере со стеклом и шелком они электризуются за счет поверхностной диффузии носителей заряда. Причина эффекта — в неравномерном распределении этих частиц в поверхностном слое этих материалов. Такие явления характерны для тел с аморфной структурой, в которых отсутствует «классическая» кристаллическая решетка.
В них атомы и электроны не локализованы и движутся неупорядоченно. По этой причине они распределяются внутри тела неравномерно и могут образовывать свободные заряды. При сохранении этих условий и появлении внешнего воздействия трения движение электронов становится направленным, что приводит к разделению зарядов. Существует целый ряд закономерностей, сопровождающих трибоэлектрический эффект.
ТЭНГ имеет аналогичный принцип работы, что и статическое электричество: два противоположных по своей структуре материала обмениваются энергией и накапливают в себе противоположные заряды. Если прикрепить электроды и провода к таким противоположно заряженным структурам, то образовавшийся ток способен зарядить некоторые виды устройств. ТЭНГ представляет из себя сферу небольшого размера, энергии которой достаточно, чтобы зажечь небольшую светодиодную лампочку Команда ученых-исследователей провела несколько экспериментов, в ходе которых выяснилось, что если поместить сетку из 1000 сфер в океан, то сгенерированной энергии будет достаточно, для работы стандартной лампочки. Таким образом, сетка размером примерно 500 метров способна генерировать энергию для небольшого города. Ученые не хотят останавливаться на достигнутых результатах и планируют создать матрицу из генерирующих сфер, площадью примерно равную штату Джорджия Обувь с портами для зарядки телефона В Китае, благодаря новой технологии ТЭНГ, уже продают воздушные фильтры с трибоэлектрическим питанием.
Электроспининг - это метод, при котором растворы полимеров вытягиваются в волокна с помощью электрического заряда. В настоящее время ведутся работы по добавлению металлов в такие волокна для улучшения электростатического потенциала и способности удерживать заряд. В недавнем исследовании, информация о котором опубликована в журнале Nano Energ y, ученые из японского университета Фукуи и Нанкинского университета Китай , разработали цельноволокнистый композитный слой TENG AF-TENG , который может быть легко интегрирован с обычной тканью. Эти слои покрыты серебряными нанопроволоками. Далее исследователи добавили слой электроспининговых полистироловых волокон между серебряными нанопроводами и трибоэлектрической мембраной. Механическое движение тела во время ходьбы или бега заставляет трибоэлектрические слои набирать заряд.
В Китае создали ткань, заряжающуюся от движения
«Трибоэлектрический эффект — это давно известное явление, и в этом эффекте заряды генерируются, когда две поверхности находятся в трении. Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. именно трибовольтаического эффекта, эффекта трибоэлектрического поля и трибоэлектрический энергетический менеджмент. Они реализуют трибоэлектрические. Американские ученые выяснили, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения) провоцирует аномальную ориентацию больших дюн Титана. Американские ученые показали, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения). Благодаря трибоэлектрическому эффекту, материалы собирают заряд, образующийся в результате их соединения/разъединения, который затем передают через контакт.
Проблемы в Intel копились десятилетиями, и инвесторы не верят, что Гелсингер спасёт компанию
Условно говоря, энергия ветра - один из самых доступных в настоящее время источников энергии. В нормальных условиях ветряные турбины широко используются в нашей повседневной жизни для преобразования энергии ветра в электроэнергию. Однако из-за высокой стоимости, шума и эстетических особенностей ветряки все еще остаются проблемными. И большая часть существующего ветра на суше слишком слаба, чтобы приводить в движение лопасти коммерческих ветряных турбин.
Так, к примеру, около 31 000 ветряных турбин на суше и на море в Германии вырабатывают добрые 132 миллиарда киловатт-часов - больше электроэнергии, чем любой другой тип электростанции. Однако они эффективно работают только при сильном ветре. В связи с этим исследователи из Пекинского института наноэнергетики и систем Китайской академии наук разработали «микроветровую турбину», которая может собирать энергию от очень слабого ветра, подобного тому, который создается при ходьбе.
Лица В Солнечной системе обнаружили электрическую луну Ученые в США пришли к выводу, что трибоэлектрический эффект отвечает за аномальную ориентацию больших дюн Титана крупнейшего спутника Сатурна. Об этом пишет Nature Geoscience. По данным исследований, на Сатурне есть дюны, расположенные против направления ветров.
При проектировании прокладки кабеля следует учитывать, что бетонные стены хорошо проводят вибрацию, ячеистая структура кирпичных её гасит.
Следует заметить, что вибрация трибоэлектрического кабеля зависит от способа деформации, что в свою очередь определяется характером нарушения: высокие частоты — 50 — 800 Гц появляются в случае перекус и перепиливание прутков заграждения, дребезжание при перелазе по лестнице; средние частоты — 6 — 50 Гц - основные удары по ограждению при перелазе или разрушении; низкие частоты — 0,75 — 6 Гц — попытки деформации заграждения при его сминании или отгибании. Наши кабели показали, что они дают стабильный сигнал в диапазоне низких и средних частот, что является основным возможным элементом проникновения. Меньшие, но в заданных пределах, показатели на высоких частотах у кабеля КТМЭУ не критичны, так как перепил или перекус в конечном итоге приводит к обрыву ЧЭ, что, безусловно, должно регистрироваться блоком обработки сигналов БОС , и индицироваться как сигнал «Проникновение». Существенное влияние на сигнал трибоэлектрического кабеля оказывают перепады температур, которые приводят к «плаванью» сигнала и даже генерации ложного при нагревании на солнце.
Во многих системах охраны даже указано, что максимальная длина ЧЭ, на который воздействуют прямые солнечные лучи, не должна превышать 500м. Мы можем выпускать кабели в светлых цветах, при этом коэффициент отражения увеличивается более чем в 10 раз. К тому же, сам полиуретан имеет изначально светоотражательный глянец. Очевидно, что сигнал трибоэлектрического кабеля должен быть однороден и по его длине.
Чтобы получить такую энергию, нужно использовать новые эффекты, такие как трибоэлектрический эффект и явление электростатической индукции. На основе их мы и изобрели трибоэлектрический наногенератор в 2012 году. На данный момент можно применять его в качестве источника питания для носимой электроники, Интернета вещей, распределительного датчика для защиты окружающей среды, безопасности и так далее. Мы демонстрируем, что возможно использовать энергию водных волн, энергию океана, внедряя инновационный подход к крупномасштабному сбору энергии. Как только вы сделаете это, у вас появится долговременная энергия, необходимая для жизнеобеспечения человека. Но это невозможно при использовании традиционной технологии из-за ограниченности физических принципов. Наш новый подход делает возможным повторное использование энергии. Таким образом, это оказывает огромное влияние на наши будущие потребности в энергии.
Надеемся, что наше изобретение станет основой технологий для энергетики будущего». Фокус на коммерциализацию Говоря о планах, Чжун Линь Ван признается: все его внимание сосредоточено именно на трибоэлектрическом наногенераторе. Он хочет, чтобы его изобретение служило человечеству. Наступает важный и ответственный этап — переход к коммерциализации разработки. Несколько небольших компаний начинают работать над коммерческим применением, и также есть молодые люди, занимающиеся коммерциализацией. В мире насчитывается более 16 тысяч ученых из 83 стран и регионов, которые занимаются исследованиями в этой области. Каждый год публикуются тысячи статей, — говорит эксперт. Да и во многих других странах проводятся исследования ТЭНГ, поскольку они видят большой потенциал и понимают, какое влияние может оказать ТЭНГ на отрасль энергетики.