Трибоэлектрический эффект – довольно интересное природное явление, заключающееся в том, что при трении двух материалов или веществ (например, с разной плотностью). При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект.
Гибридная ткань преобразует в электричество солнечный свет и механическую энергию
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 2В. По словам изобретателей, все это можно масштабировать.
Такого ресурса хватит для питания трёх лампочек накаливания. Дождевые панели расширят возможности энергетиков: получать электричество можно будет в любой точке планеты, где идут дожди, независимо от близости к рекам. Новая панель станет одним из устройств для получения электричества из природных источников энергии. Изобретение отвечает основным принципам зелёной экономики — молодой науки, направленной на развитие человека без вреда окружающей среде.
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. Ученые полагают, что у их разработки есть большой потенциал, поскольку в наше время экономить топливо стараются все.
Возникновение электрического заряда при трении различных тел в данном случае сита и материала носит название трибоэлектрического эффекта. В результате этого явления может произойти слипание частиц и увеличение их размера, что резко снижает просеиваемость. Кроме того, просеиваемый материал может принять противоположный по сравнению с ситом заряд. В этом случае будет происходить взаимное отталкивание сетки и материала и просеивание резко замедлится. Поэтому при просеивании необходимо каким -то образом снимать возникающие на сите и в материале заряды. Если электрически нейтральную частицу одного минерала привести в соприкосновение с электрически нейтральной частицей другого минерала или с поверхностью какого-либо материала и затем прервать контакт, разъединив их, на обеих соприкасающихся поверхностях возникнут различные по знаку электрические заряды. Поскольку площадь контакта частиц мала , образующийся заряд невелик.
Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время движения
Ранние эксперименты с электричеством эпохи античности , такие, как опыты Фалеса с янтарными палочками, были связаны с трибоэлектрическим эффектом [1] , само слово « электричество » было образовано в связи с этими опытами от греческого названия янтаря др. Материалы, проявляющие трибоэлектрический эффект, принято располагать в трибоэлектрический ряд, один конец которого является положительным, а другой — отрицательным. При трении пары материалов из ряда, материал, расположенный ближе к положительному концу ряда, зарядится положительно, а другой — отрицательно. Первый трибоэлектрический ряд был опубликован И.
Учёные активно исследуют трибоэлектрический эффект на наноуровне и создают гибридные энергетические системы, сочетающие разные источники энергии, например солнечные элементы и трибоэлектрические генераторы. Это позволит получать электричество из самых разных возобновляемых источников - движений человека, ветра, дождя, солнечного света.
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.
Эти два слоя покрыты серебряными нанопроволоками, которые дополнительно усилены электропряденым полистиролом, помещенным между трибоэлектрической мембраной. Во время использования новой мембраны механическое движение тела при ходьбе или беге заставляет трибоэлектрические слои набирать заряд. В большинстве устройств на основе трибоэлектрических слоев материал быстро теряет заряд, что снижает производительность наногенератора. Но добавив полистирольную мембрану, ученые придали устройству способность собирать и "удерживать" заряд, благодаря чему его плотность сохраняется. В ходе исследования ученые использовали AF-TENG для питания 136 светодиодов каждый мощностью 0,06 Вт , чтобы доказать жизнеспособность наногенератора. И это еще не все: "Это устройство показывает большой потенциал в сборе статического электричества с нашей одежды", - заявил Сакамото в релизе.
Пока такие устройства работают на малой мощности, питая только светодиоды.
Проблемы в Intel копились десятилетиями, и инвесторы не верят, что Гелсингер спасёт компанию
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:.
Для этого они использовали принцип, по которому работают солнечные панели : капли дождя падают на поверхность, и кинетическая энергия энергия движения превращается в электричество. В результате контакта появляется заряд, который и собирает панель. Уровень энергии зависит от площади устройства и величины дождевых капель. Максимальная мощность — 200 Вт на квадратный метр.
Для этого они использовали принцип, по которому работают солнечные панели : капли дождя падают на поверхность, и кинетическая энергия энергия движения превращается в электричество.
В результате контакта появляется заряд, который и собирает панель. Уровень энергии зависит от площади устройства и величины дождевых капель. Максимальная мощность — 200 Вт на квадратный метр.
Трибоэлектрический эффект, возникающий при разбрызгивании жидкостей и ударе капель по поверхности твердого диэлектрика, вызван разрушением электрических слоев в зоне разграничения. Электризация струй падающей с большой высоты воды водопадов происходит аналогичным образом. При оценке эффекта учитывается не только его отрицательное влияние на жизнь человека например, электризация синтетических тканей, мешающая надевать одежду. Важно принимать во внимание и тот положительный эффект, который достигается с его помощью. Типичный пример использования его с пользой для человека — изучение энергетического спектра электронных ловушек, образующихся в твердом теле. Помимо этого электризация сред трением широко применяется в минералогии, где она применяется при исследовании центров люминесценции некоторых образцов горных пород. Использование эффекта для создания наногенераторов Трибоэлектрический эффект как физическое явление не обладает ярко выраженными признаками, что объясняется низкой плотностью образующихся при трении зарядов.
Группа ученых из США штат Джорджия в свое время предприняла попытку улучшить его энергетические характеристики. Последняя состояла в желании повысить мощность и стабильность генерации заряженных частиц с использованием принципов нанотехнологий. С этой целью применялись современные методы магнитного возбуждения с помощью специального оборудования индукционных генераторов, в частности. Достигаемая при этом электрическая мощность пропорциональна указанной величине, возведенной в квадрат.
Справочник химика 21
| Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect | Трибоэлектрической эффект обусловлен трением между проводником и изолятором, вследствие чего возникает электрический заряд. |
| Ученые разработали деревянный пол, вырабатывающий электричество от шагов | Ученые в США пришли к выводу, что трибоэлектрический эффект отвечает за аномальную ориентацию больших дюн Титана (крупнейшего спутника Сатурна). |
| Трибоэлектрический эффект — Карта знаний | В сегодняшнем плане Curiosity попытается провести новый эксперимент, чтобы впервые на Марсе засвидетельствовать «трибоэлектрический эффект». |
В Солнечной системе нашли электрическую луну
| Исследователи ИИТ Дели разработали устройство для выработки электричества из капель дождя | Он использует «трибоэлектрический эффект», в результате которого материалы создают электрический заряд при трении друг о друга. |
| Чжунлинь Ван: Трибоэлектрические наногенераторы позволят выпускать самозаряжающиеся смартфоны | трибоэлектрический эффект. |
| Ученые из Японии и Китая создали умную ткань, способную генерировать энергию от движений тела | Вода и пластик, оказывается, способны использовать трибоэлектрический эффект не хуже, чем две твёрдые поверхности, — и при любой влажности воздуха. |
Читайте также
- Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время
- «Что лежит в основе трибоэлектрического эффекта?» — Яндекс Кью
- Чжун Линь Ван: китайский ученый, совершивший прорыв в энергетике
- Трибоэлектрический эффект — Википедия
В Солнечной системе нашли электрическую луну
При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект. Американские ученые выяснили, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения) провоцирует аномальную ориентацию больших дюн Титана. субатомные частицы, переносящие электричество в твердых телах, - могут переходить от одного объекта к другому, генерируя. Трибоэлектрические наногенераторы, позволяющие преобразовывать в электричество энергию человеческого тела, могут найти самое широкое применение. Трибоэлектрическим эффектом называют явление возникновения электрических зарядов у некоторых материалов при их трении друг о друга.
В Солнечной системе обнаружили электрическую луну
- Обувь с портами для зарядки телефона
- Химия и химическая технология
- Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время движения
- Новости по теме:
- Новая гибридная солнечная панель производит энергию с помощью солнца и капель дождя
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
А вот то, что из-за трения возникает электричество, которое называют «трибоэлектрическим эффектом», известно более двух тысяч лет. Например, если прикрепить его к машине, едущей по трассе, то электричество будет вырабатываться уже за счет трибоэлектрического эффекта. Использование трибоэлектрического эффекта в генераторах. Ученые предложили новое устройство для генерации электроэнергии из океанских волн с помощью трибоэлектрического эффекта. В основе работы этого генератора лежит трибоэлектрический эффект, который позволяет получить электрический ток в момент соприкосновения или разделения двух разных материалов. именно трибовольтаического эффекта, эффекта трибоэлектрического поля и трибоэлектрический энергетический менеджмент. Они реализуют трибоэлектрические.
В Китае создали ткань, заряжающуюся от движения
На практике обычно стремятся исключить последствия трибоэлектрического эффекта и избавиться от контактного заряда. Статья автора «Naked Science» в Дзене: Трибоэлектрический эффект позволит создать имплантаты, которые не нуждаются в замене батарей. Трибоэлектрические наногенераторы преобразуют механические движения в электричество и способны вырабатывать электроэнергию из любых видов микроколебаний.
НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ
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. Самолет в полёте «трётся» о воздух и накапливает трибоэлектрический заряд.
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. Они впервые были сформулированы в виде правил Коэна, суть которых заключается в следующем: При трении вещество со значительной по величине диэлектрической проницаемостью будет отдавать больше электронов. В результате оно зарядится положительно. Второй диэлектрик в этой паре соответственно будет заряжен отрицательно.
Но существуют и исключения из этого правила например, шелк в паре со стеклом. Объяснения явления электризации в различных по структуре телах Трибоэлектрический эффект, возникающий в твердых телах, объясняется следующим образом. Носители заряда электроны согласно основному электрическому закону перемещаются от точек с более высоким потенциалом в сторону меньшего. У полупроводников и металлов эффект объясняется перемещением электронов от материала с меньшей степенью связи к тому предмету, в котором созданы условия для образования новых свободных частиц. Например, при трении диэлектриков они появляются за счет взаимного перемещения электронов и ионов.
Такая геометрия холмов, по данным ученых, связана с трибоэлектрическим эффектом — возникновением электрических сил притяжения между трущимися друг о друга углеводородными частицами, образующими дюны. По предположению ученых, взаимное притяжение углеводородных частиц на Титане, вызванное трибоэлектрическим эффектом, значительно превышает таковое для песчинок на Земле. Титан, подобно Земле, имеет атмосферу и поверхность, состоящую из углеводородных гор, озер и морей.
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.