Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал.
Наногенератор получает энергию от трения колеса о землю
Этот вопрос в центр своих исследований поставил Чжунлинь Ван, директор центра наноструктурной характеризации Технологического института Джорджии. В попытка найти ответ г-н Ван десять лет назад начал использовать пьезоэлектрический метод, позволяющий преобразовывать в электричество механическую энергию. Однако он оказался применим лишь для определенных материалов.
Это то, что отвечает за статический заряд, который возникает, когда вы расчесываете волосы. В этом конкретном устройстве, тонкий слой пористого губчатого материала втиснут между парой полос 38 на 76 мм, сделанных из двух разных полимеров. Обе полоски покрыты проводящими чернилами, а губка создает между ними воздушный зазор. 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.
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. Возможности применения такого наногенератора действительно широки: его можно использовать как для датчиков, так и для мониторинга умных городов или инфраструктуры, а также для крупномасштабной «голубой энергетики». В этой связи рассчитываем выйти на коммерциализацию в течение 5—10 лет». Профессор Ван убежден: сегодня крайне важно объединять усилия ученых из разных стран, развивать международное сотрудничество, в том числе по продвижению его разработки: «Наука не имеет границ, тот же ТЭНГ принадлежит человечеству. Уверен, что при взаимодействии с иностранными коллегами мы могли бы более эффективно продвигаться к коммерческому эффекту и сделать так, чтобы ТЭНГ был полезен для общества.
Это возможно только при широком сотрудничестве со всеми странами». Разработка, которая изменит мир В октябре 2023 года профессор Ван побывал в Москве — в рамках форума «Российская энергетическая неделя» он получил премию «Глобальная энергия». Она присуждена в номинации «Нетрадиционная энергетика» за изобретение трибоэлектрических наногенераторов как новой энергетической технологии для автономных систем, Интернета вещей, робототехники, искусственного интеллекта и крупномасштабного сбора «голубой энергии». Наше изобретение направлено на то, чтобы перераспределять энергию наиболее эффективным образом. ТЭНГ позволяет конвертировать механическую энергию соответствующим образом.
Затем, когда два атома в двух материалах приближаются к контакту, между ними образуется ионная или ковалентная связь за счет перекрытия электронного облака.
Внешняя сила может еще больше уменьшить межатомное расстояние длину связи , а сильное перекрытие электронного облака вызывает падение энергетического барьера между ними, что приводит к переносу электронов, который является процессом трибоэлектрификации. Как только два атома разделены, перенесенные электроны останутся, потому что электронам требуется энергия, чтобы передать их обратно, образуя электростатические заряды на поверхностях материалов. Общая модель электронного облака-потенциальной ямы, предложенная Вангом для объяснения трибоэлектрификации и переноса и высвобождения заряда между двумя материалами, которые могут не иметь четко определенной структуры энергетических зон. Эта модель применима к общим материальным случаям. Статический заряд можно снимать с помощью статических разрядников или статических фитилей. НАСА следует тому, что они называют «Правилом трибоэлектрификации», согласно которому они отменяют запуск, если предполагается, что ракета-носитель пройдет через определенные типы облаков.
Полет через облака высокого уровня может генерировать "P-статику" P для осадков , которая может создавать статическое электричество вокруг ракеты-носителя, которое будет мешать радиосигналам, передаваемым аппаратом или на него. Это может помешать передаче телеметрии на землю или, если возникнет необходимость, посылке сигнала на транспортное средство, особенно критических сигналов для системы прекращения полета. Когда трюм устанавливается в соответствии с правилом трибоэлектрификации, он остается до тех пор, пока космическое крыло и персонал наблюдателей, например, в разведывательных самолетах, не укажут, что небо чистое. Риски и Контрмеры Возгорание Эффект имеет большое промышленное значение как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения возможного повреждения промышленных товаров. Статический разряд представляет особую опасность в элеваторах из-за опасности взрыва пыли. Возникающая искра способна воспламенить воспламеняющиеся пары, например пары бензина , эфира , а также газ метан.
Для бестарных поставок топлива и заправки топливом самолетов заземляющее соединение выполняется между транспортным средством и приемным баком до открытия баков. При заправке транспортных средств на торговой станции прикосновение к металлу автомобиля перед открытием бензобака или прикосновение к форсунке может снизить риск статического воспламенения паров топлива. На рабочем месте Средства должны быть обеспечены для снятия статического электричества с тележек, которые могут перевозить летучие жидкости, горючие газы или кислород в больницах.
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
Трибоэлектрический эффект* это, простыми словами говоря, возникновение электрических зарядов за счет трения. Ученые предложили новое устройство для генерации электроэнергии из океанских волн с помощью трибоэлектрического эффекта. Благодаря трибоэлектрическому эффекту, материалы собирают заряд, образующийся в результате их соединения/разъединения, который затем передают через контакт.
Обувь с портами для зарядки телефона
- Наномембрану для носимых генераторов разработали исследователи из Японии | ИА Красная Весна
- Triboelectric effect - Wikipedia
- Новости по теме:
- ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАШИТЫ ПЕРИМЕТРА. ПРОГНОЗ НА ЗАВТРА
- Подписка на дайджест
Наномембрану для носимых генераторов разработали исследователи из Японии
Others such as Sir Thomas Browne made important contributions slightly later, both in terms of materials and the first use of the word electricity in Pseudodoxia Epidemica. An important step was around 1663 when Otto von Guericke invented [20] a machine that could automate triboelectric charge generation, making it much easier to produce more tribocharge; other electrostatic generators followed. Another key development was in the 1730s when C. The use of the terms positive and negative for types of electricity grew out of the independent work of Benjamin Franklin around 1747 where he ascribed electricity to an over- or under- abundance of an electrical fluid. A material towards the bottom of the series, when touched to a material near the top of the series, will acquire a more negative charge. It was some time before there were further quantitative works by Owen in 1909 [27] and Jones in 1915.
In a series of papers he: was one of the first to mention some of the failings of the triboelectric series, also showing that heat had a major effect on tribocharging; [29] analyzed in detail where different materials would fall in a triboelectric series, at the same time pointing out anomalies; [1] separately analyzed glass and solid elements [30] and solid elements and textiles, [31] carefully measuring both tribocharging and friction; analyzed charging due to air-blown particles; [32] demonstrated that surface strain and relaxation played a critical role for a range of materials, [33] [34] and examined the tribocharging of many different elements with silica. An example is rubbing a plastic pen on a shirt sleeve made of cotton, wool, polyester, or the blended fabrics used in modern clothing. This repulsion is detectable by hanging both pens on threads and setting them near one another. Such experiments led to the theory of two types of electric charge, one being the negative of the other, with a simple sum respecting signs giving the total charge. The electrostatic attraction of the charged plastic pen to neutral uncharged pieces of paper for example is due to induced dipoles [36] : Chapter 27 in the paper.
The triboelectric effect can be unpredictable because many details are often not controlled. For instance, as early as 1910, Jaimeson observed that for a piece of cellulose, the sign of the charge was dependent upon whether it was bent concave or convex during rubbing. In 1920, Richards pointed out that for colliding particles the velocity and mass played a role, not just what the materials were.
In all materials there is a positive electrostatic potential from the positive atomic nuclei, partially balanced by a negative electrostatic potential of what can be described as a sea of electrons. Different materials have different MIPs, depending upon the types of atoms and how close they are. At a surface the electrons also spill out a little into the vacuum, as analyzed in detail by Kohn and Liang.
Combined, the dipole and the MIP lead to a potential barrier for electrons to leave a material which is called the work function. Experiments have validated the importance of this for metals and other materials. By itself it cannot explain many of the results which were established in the early 20th century. One process is due to linear strains, and is called piezoelectricity , the second depends upon how rapidly strains are changing with distance derivative and is called flexoelectricity. Both are established science, and can be both measured and calculated using density functional theory methods. Because flexoelectricity depends upon a gradient it can be much larger at the nanoscale during sliding or contact of asperity between two objects.
It has recently been suggested that flexoelectricity may be very important [61] in triboelectricity as it occurs in all insulators and semiconductors. If there is a potential difference between two materials due to the difference in their work functions contact potential , this can be thought of as equivalent to the potential difference across a capacitor. The charge to compensate this is that which cancels the electric field. If an insulating dielectric is in between the two materials, then this will lead to a polarization density P and a bound surface charge of P.
Их покрыли микроскопическими желобами, которые по-особому реагируют на падающие капли, при этом нижний слой выступает в роли электрода как для TENG, так и для самих фотоэлементов. Читайте также: Разработана новая технология сверхбыстрой 3D-печати мебели видео Поскольку полимеры абсолютно прозрачны, солнечный свет без помех проходит сквозь них и попадает на фотоэлементы, которые вырабатывают дополнительную энергию от ударов дождевых капель.
Ученые отмечает, что эта простая концепция демонстрирует новые, более эффективные способы сбора энергии в самых неблагоприятных погодных условиях. Полученная дополнительная электроэнергия относительно невелика, но она доказывает жизнеспособность подобных устройств и возможный потенциал дальнейших исследований.
Если мы сможем использовать эту энергию, это позволит нам существенно увеличить эффективность использования топлива». От такого наногенератора уже можно запитать автомобильные фары. Представляя новинку публике, Ванг и его аспирант Янчао Мао Yanchao Mao установили свой наногенератор на игрушечную машинку, и дали от него ток на светодиодную лампочку. Когда машинка ехала, лампочка мигала.
Трибоэлектричество
Благодаря этим преимуществам трибоэлектрические наногенераторы применимы в самых разных сферах жизни. Эту технологию также можно использовать в датчиках автономного питания и для развития сенсорных технологий в целом. Поэтому в будущем трибоэлектрические наногенераторы найдут такую форму применения, о которой пока что мы даже и не слышали», — заключил г-н Ван.
Ученые отмечает, что эта простая концепция демонстрирует новые, более эффективные способы сбора энергии в самых неблагоприятных погодных условиях.
Полученная дополнительная электроэнергия относительно невелика, но она доказывает жизнеспособность подобных устройств и возможный потенциал дальнейших исследований. Хотя это не первый случай, когда TENG был включен в конструкцию солнечных панелей, китайские специалисты утверждают, что их девайс имеет более простую конструкцию, легче изготавливается и дешевле, чем предыдущие разработки. Читайте также: Созданы батареи на водных электролитах, заряжающиеся за 20 секунд Источник: newatlas.
Однако он оказался применим лишь для определенных материалов. Благодаря этим преимуществам трибоэлектрические наногенераторы применимы в самых разных сферах жизни. Эту технологию также можно использовать в датчиках автономного питания и для развития сенсорных технологий в целом.
Правило Коэна: материал с более высокой диэлектрической постоянной получает положительный заряд. Правило Коэна получило подтверждение более чем для 400 веществ. Полярность и сила создаваемых зарядов различаются в зависимости от материалов, шероховатости поверхности, температуры, деформации и других свойств. Опытным путем были найдены трибоэлектрические ряды впервые Иоганом Вильке в 1757 : вещество, расположенное в верхней части ряда при контакте будет заряжено положительно, а то что ниже — будет заряжено отрицательно. Некоторые из рядов представлены в таблице: Существует и трибоэлектрическое кольцо: в паре шёлк-стекло стекло заряжается отрицательно, в паре стекло-цинк отрицательно заряжается цинк, в паре цинк-шёлк отрицательно заряжается шёлк.
Человек, идущий по ковру или снимающий нейлоновую рубашку или ёрзающий в автокресле, 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, поскольку поверхностная конденсация обычно предотвращает трибоэлектрический заряд, а повышенная влажность увеличивает электропроводность воздуха.
Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время движения
В 2012 году командой ученых был разработан первый трибоэлектрический наногенератор ТЭНГ. 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.
Тактильные ощущения исследовали с помощью проволочной сетки фон Фрея. Крыса стоит на сетке, а снизу на ее лапу оказывают давление с помощью специального наконечника. Когда крыса чувствует давление, она поднимает лапу, а прибор автоматически регистрирует силу воздействия. Credit: ACS Nano Ученые надеются, что в будущем устройство можно будет вживлять в любой участок тела, где требуется восстановить тактильные ощущения. Процедура имплантации проста, датчик выполнен из биосовместимого материала, безопасного для организма человека, и не требует обслуживания.
Исследователи проверили долговечность TENG-IT в смоделированных биологических условиях в течение 26 дней, но в идеале устройство должно исправно работать в течение многих лет. В первую очередь потребуется уменьшить его размер. Также потребуется учитывать часть тела, в которую будет помещено устройство, расположение нервов и количество сенсорных нейронов, связанных с нервом. Кроме того, датчик нужно будет откалибровать, чтобы приблизить ощущения к естественным.
Например, учёные разработали особую одежду, которая вырабатывает электричество во время движения человека. Также создаются специальные генераторы, которые преобразуют механические колебания, например от ветра или дождя, в электрический ток. Такие устройства очень простые и экологичные - им не нужно ископаемое топливо.
Эта ткань сплетена из волокон фоточувствительного материала, медных электродов малой толщины и волокон полимера, которые производит электричество благодаря трибоэлектрическому эффекту. Таким образом, эта ткань способна преобразовывать механическую энергию в электричество. Толщина гибридного материала составляет всего 0,32 миллиметра. Он легкий, гибкий, пропускает воздух.
По словам разработчиков, основные компоненты недорогие. Такая ткань может быть частью элементов одежды, вставки из нее можно использовать в производстве палаток или штор, занавесок, превращая все это в источник электричества. Новинка является практически универсальным источником энергии, поскольку может работать и днем, и ночью. Речь идет не о электростанциях, а о вставках такой текстильной продукции в обычную ткань.
Производительность материала не слишком велика, но ее достаточно для снабжения энергией простых электронных устройств. За минуту этот клочок ткани заряжает конденсатор на 2 мФ напряжение — около 2 В.
ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАШИТЫ ПЕРИМЕТРА. ПРОГНОЗ НА ЗАВТРА
Между тем, трибоэлектрический эффект (связанный с эффектом трения) до настоящего момента остаётся до конца не изученным. В трибоэлектрических наногенераторах (TENG) используется этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию. Демонстрация трибоэлектрического эффекта. Результаты измерений можно найти ниже в содержании видео. ЧЭ в виде специального трибоэлектрического кабеля прокладывается по вертикальной поверхности ЗГР в верхней части.
'трибоэлектричество'
Поскольку трибоэлектрический эффект в основном определяется электронными и электромеханическими свойствами поверхности полупроводника. В его основе лежит трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. Трибоэлектрический эффект как физическое явление не обладает ярко выраженными признаками, что объясняется низкой плотностью образующихся при трении зарядов. в этом материале. * Трибоэлектрический эффект — это тип контакта, при котором под воздействием трения вырабатывается электричество. Между тем, трибоэлектрический эффект (связанный с эффектом трения) до настоящего момента остаётся до конца не изученным. Ученые в США пришли к выводу, что трибоэлектрический эффект отвечает за аномальную ориентацию больших дюн Титана (крупнейшего спутника Сатурна).
Как работает трибоэлектрический кабель
Риски и Контрмеры Возгорание Эффект имеет большое промышленное значение как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения возможного повреждения промышленных товаров. Статический разряд представляет особую опасность в элеваторах из-за опасности взрыва пыли. Возникающая искра способна воспламенить воспламеняющиеся пары, например пары бензина , эфира , а также газ метан. Для бестарных поставок топлива и заправки топливом самолетов заземляющее соединение выполняется между транспортным средством и приемным баком до открытия баков. При заправке транспортных средств на торговой станции прикосновение к металлу автомобиля перед открытием бензобака или прикосновение к форсунке может снизить риск статического воспламенения паров топлива. На рабочем месте Средства должны быть обеспечены для снятия статического электричества с тележек, которые могут перевозить летучие жидкости, горючие газы или кислород в больницах. Даже при образовании небольшого заряда частицы пыли могут притягиваться к натираемой поверхности. В случае производства текстиля это может привести к образованию стойкого грязного пятна, когда ткань соприкасается с скоплениями пыли, удерживаемыми статическим зарядом. Привлечение пыли можно уменьшить, обработав изоляционные поверхности антистатическим чистящим средством. Такие компоненты обычно хранятся в проводящей пене для защиты.
Заземление путем прикосновения к рабочему столу или использования специального браслета или браслета является стандартной практикой при работе с неподключенными интегральными схемами. Другой способ рассеивания заряда - это использование проводящих материалов, таких как углеродная сажа наполненная резина , например, в операционных. Устройства, содержащие чувствительные компоненты, должны быть защищены при нормальном использовании, установке и отключении, что должно выполняться встроенной защитой на внешних подключениях, где это необходимо. Защита может осуществляться за счет использования более надежных устройств или защитных контрмер на внешних интерфейсах устройства. Это могут быть оптоизоляторы , менее чувствительные типы транзисторов и устройства статического байпаса, такие как металлооксидные варисторы.
Трибоэлектрический эффект очень непредсказуем, и можно сделать лишь широкие обобщения. Всеобъемлющая теория электризации пока не построена, но выявлено много эмпирических закономерностей. Правило Коэна: материал с более высокой диэлектрической постоянной получает положительный заряд. Правило Коэна получило подтверждение более чем для 400 веществ. Полярность и сила создаваемых зарядов различаются в зависимости от материалов, шероховатости поверхности, температуры, деформации и других свойств. Опытным путем были найдены трибоэлектрические ряды впервые Иоганом Вильке в 1757 : вещество, расположенное в верхней части ряда при контакте будет заряжено положительно, а то что ниже — будет заряжено отрицательно. Некоторые из рядов представлены в таблице: Существует и трибоэлектрическое кольцо: в паре шёлк-стекло стекло заряжается отрицательно, в паре стекло-цинк отрицательно заряжается цинк, в паре цинк-шёлк отрицательно заряжается шёлк. Человек, идущий по ковру или снимающий нейлоновую рубашку или ёрзающий в автокресле, может создать разность потенциалов в несколько тысяч вольт, чего достаточно, чтобы вызвать искру длиной один миллиметр или более.
К рабочей поверхности покрышки прикреплен электрод. Когда он, один раз за каждый оборот колеса, контактирует с землей, от трения между данным участком покрышки и землей возникает электрический заряд, который и улавливается наногенератором. Если мы сможем использовать эту энергию, это позволит нам существенно увеличить эффективность использования топлива». От такого наногенератора уже можно запитать автомобильные фары.
На нём они сплели вместе солнечные элементы, сделанные из лёгких полимерных волокон, и волоконные трибоэлектрические наногенераторы. Используя трибоэлектрический эффект и электростатическую индукцию, генераторы производят электричество из механических движений, таких как кручение, скольжение и вибрация. Сбор солнечной энергии обеспечивают вплетённые в материал фотоэлектроды. Исследователи считают, что из новой ткани в комбинации с шерстью можно шить палатки, шторы и брюки. Тряпочка размером 4 на 5 см за счёт солнечной энергии и движения за минуту зарядила конденсатор ёмкостью в два миллифарада до двух вольт. В ходе эксперимента учёные соорудили флаг из кусочка материала размером со стандартный лист бумаги.
При каких условиях проявляется трибоэлектрический эффект
- Подписка на дайджест
- Газета «Суть времени»
- Трибоэлектрическая серия
- Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect