Китайские ученые разработали ткань, которая использует трибоэлектрический эффект. Трибоэлектрической эффект обусловлен трением между проводником и изолятором, вследствие чего возникает электрический заряд.
Наногенератор получает энергию от трения колеса о землю
Чтобы понять принцип работы устройства, нужно знать о трибоэлектрическом эффекте, при котором электрические заряды в материале появляются из-за трения. Трибоэлектрический эффект как физическое явление не обладает ярко выраженными признаками, что объясняется низкой плотностью образующихся при трении зарядов. Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в полезную электрическую энергию.
НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ
Трибоэлектрические наногенераторы, позволяющие преобразовывать в электричество энергию человеческого тела, могут найти самое широкое применение. Трибоэлектрические генераторы могут дополнить наногенераторы, которые используют пьезоэлектрический эффект для создания тока путем сгибания нанопроводов из оксида цинка. В его основе лежит трибоэлектрический генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток с помощью трибоэлектрического эффекта и электростатической индукции. Кроме того к трибоэлектрическому эффекту может приводить механическое удаление отдельных элементов поверхности пьезоэлектриков или пироэлектриков.
Что лежит в основе трибоэлектрического эффекта?
Чтобы создать TENG, исследователи добавили два прозрачных полимерных слоя поверх фотоэлементов обычной солнечной панели. Чтобы повысить эффективность устройства, была изменена текстура этих органических слоев. 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.
В самом деле, периметровые СО должны иметь низкое энергопотребление, работать в широком климатическом диапазоне, сложных помеховых условиях, обеспечивать защиту участка периметра до нескольких сотен метров длиной и в то же время обладать высокой обнаружительной способностью и низкой вероятностью ложного срабатывания. Кроме того, такие средства обнаружения должны иметь возможность использоваться на периметрах сложной конфигурации, сильно изломанных, с перепадами по высоте. Наконец, зона обнаружения не должна выходить за пределы периметра для исключения сработок средства, связанных с санкционированным перемещением людей и техники рядом с заграждением периметра. Наиболее полно всем эти требованиям удовлетворяют средства обнаружения, использующие в качестве чувствительного элемента ЧЭ кабель, укрепленный на заграждении периметра. В этом случае механические воздействия на ограждение периметра, возникающие при его преодолении нарушителем, воспринимаются чувствительным элементом и передаются в блок обработки информации средства в виде электрических сигналов. Существует множество различных типов кабелей, использующихся в качестве чувствительного элемента: микрофонный, пьезоэлектрический, трибоэлектрический, сейсмический, электретный и т.
Каждый из кабелей имеет свои достоинства и недостатки, предъявляет свои требования к заграждению. Наиболее привлекательными выглядят трибоэлектрические средства обнаружения, поскольку допускают использование в качестве чувствительного элемента стандартного кабеля, серийно выпускаемого промышленностью. Подобные устройства представлены на рынке целым рядом изделий, имеющих давнюю и заслуженно высокую репутацию. Однако за время, прошедшее с момента появления большинства СО на российском рынке, изменилась политическая обстановка, появились новые угрозы и, как следствие, новые средства охраны периметра. Поэтому вопрос о соответствии трибоэлектрических средств охраны периметра требованиям сегодняшнего дня, потенциале их развития не связанном с разработкой специализированных кабелей с ярко выраженным трибоэф-фектом , представляется интересным. Во всех трибоэлектрических средствах обнаружения используется экранированный кабель. При деформации кабеля, за счет трения экрана и внешней оболочки, в кабеле возникает электрический заряд порядка 10 Е - 12 Кл. Это и есть трибоэлек-трический эффект. Одним из лучших три-боэлектрических кабельных чувствительных элементов является кабель Supersensor MuLtisensor , который состоит из 2-х сплетенных между собой жил с покрытием алюминиевой фольгой и двумя внешними экранами, обеспечивающими его устойчивость к внешним атмосферным воздействиям и солнечному излучению в широком диапазоне температур.
Варианты расположения кабельного чувствительного элемента на заграждении могут быть самыми различными. Несколько лучей специально разработанного коаксиального кабеля со стальной центральной жилой натягиваются вдоль линии периметра на расстоянии примерно 15 см друг от друга, образуя тем самым дополнительный физический барьер. При попытке преодолеть такой барьер нарушитель деформирует растягивает кабель, в котором появляется электрический сигнал.
Трибоэлектрические коаксиальные кабели позволяют защищать ограды из колючей проволоки, сварной легкой решетки или сетки типа «рабица». ЧЭ способны регистрировать попытки перелаза, перекуса и приподнятия сеточного полотна.
Как правило, коаксиальный кабель применяют для типовых оград — легких металлических сеток или легких сварных проволочных решеток и так называемых «палисадных» европейских оград, выполненных из штампованных стальных тонкостенных оцинкованных элементов. У итальянской компания GPS Standard в системе WPS используется разновидность трибоэлектрического кабеля, в котором реализован принцип деформации натянутых проводников. Данный коаксиальный кабель с несущим стальным центральным проводом натягиваются в качестве козырька или полноростового забора вдоль периметра в несколько нитей, образуя тем самым дополнительный физический барьер. При попытке преодолеть его, нарушитель деформирует растягивает кабель, в котором и формируется электрический сигнал. В любом случае чувствительность любого трибокабеля имеет зависимость от шага и приложенного в момент монтажа усилия в точке крепления чем меньше шаг и с большим усилием создан узле крепления сильнее притянут, затянут вязальной проволокой к полотну заграждения, тем будет выше чувствительность кабеля на конкретном участке или в данной зоне.
Сигнал от перелаза нарушителя смешен как правило в низкочастотную область, а от разрушения особенно от перекуса в высокочастотную область. Читайте также: Углы для кабель канала 40х25 Плюсы трибокабеля — низкая или не самая высокая стоимость. Рекомендуемая длина одной зоны, как правило, составляет 100 — 200 и более метров, вплоть до 1000 метров с учетом двойного, тройного прохода в пределах одного рубежа. Минусы трибокабеля — работа входных усилителей БОС требует применение высокоомного оконечного сопротивление, величиной от 200kOм до 15MОм, что образует своеобразную антенну и требует дополнительной экранировки. На заре выпуска первых специализированных трибокабелей в частности для ранних виброизвещателей Багульник, Тополь в которых отсутствовал специальный экран для стекания зарядов на землю, наблюдалось появление ложных тревог в утренние часы на восходе солнца.
Подключение данного сенсора не позволяет выполнять установку БОС в удалении от периметровой зоны например, в кроссе системы охраны периметра рядом с охранным пультом и требует прямого включения сенсора в анализатор например электромагнитный кабель можно подключать по витой паре с удалением до сенсора 2000 метров. Пьезоэлектрические кабели. Системами охраны периметра на основе пьезоэлектрических кабелей является низкочастотный от 0. Электретный сенсор типа МС2 — А представляет собой коаксиальный кабель с центральной жилой и медной оплеткой между которыми помещен достаточно дорогостоящий пьезоэлектрический электретный полимер в виде пленки. Механические напряжения или вибрации кабеля вызывают перераспределение зарядов в пьезоэлектрическом полимере, в результате чего возникает переменное напряжение между центральным проводником и медной оплеткой.
Возникающий между электродами кабеля электрический сигнал обрабатывается Анализатором. Плюсы пьезоэлектрических кабелей. Получение от сенсора качественного сигнала с возможностью акустического контроля и звуковой идентификации вторжение. Возможность использования как сенсор для блокирования зоны со скрытой подземной установкой. Самая высокая стоимость из всех кабельных сенсоров.
Некоторая чувствительность к наводкам и помехам, на конце сенсорного кабеля устанавливается оконечный резистор номиналом 100kOм. Рекомендуемая длина одной зоны — не более 200 метров. Волоконно — оптические сенсоры. Волоконно-оптические кабели, используемые обычно для передачи информации в телекоммуникациях, научились применять и в качестве вибрационного сенсора. Известно достаточно много производителей, которые используют в качестве сенсора оптический кабель, среди них и российская система «Ворон» и её прототипы Грифон, Грикон, и многие рубежные системы, например, IntelliField, канадской фирмы Senstar — Stellar, целая серия анализаторов американской компании Fiber Sen Sys, английской фирмы Remsdag, израильской компании Magal и др.
Еще Фалес Милетский наблюдал это явление в экспериментах с янтарной палочкой, натираемой шерстью. Кстати, само слово «электричество» берет свое начало именно оттуда, ведь в переводе с греческого языка слово «электрон» обозначает янтарь. Материалы, которые способны проявлять трибоэлектрический эффект, можно расположить в так называемый трибоэлектрический ряд: стекло, плексиглас, нейлон, шерсть, шелк, целлюлоза, хлопок, янтарь, полиуретан, полистирол, тефлон, каучук , полиэтилен и т. В начале ряда находятся условно «положительные» материалы, в конце — условно «отрицательные».
Если взять два материала из этого ряда, и потереть их друг о друга, то тот материал который находится ближе к «положительной» стороне, зарядится положительно, а другой — отрицательно. Впервые трибоэлектрический ряд в 1757 году составил шведский физик Иоганн Карл Вильке. С физической точки зрения, положительно зарядится тот из двух трущихся друг о друга материалов, который отличается от другого большей диэлектрической проницаемостью. Эта эмпирическая закономерность называется правилом Коэна и относится главным образом к диэлектрикам.
При трении друг о друга пары химически одинаковых диэлектриков положительный заряд получит более плотный из них. У жидких диэлектриков положительно заряженным окажется вещество с большей диэлектрической проницаемостью или большим поверхностным натяжением. Металлы же при трении о поверхность диэлектрика могут электризоваться как положительно, так и отрицательно. Степень электризации трущихся друг о друга тел тем значительнее, чем обширнее площади их поверхностей.
Пыль, трущаяся о поверхность тела, от которого она отделилась стекло, мрамор, снежная пыль и т. Когда порошок просеивают сквозь сито частички порошка также заряжаются.
Наномембрану для носимых генераторов разработали исследователи из Японии
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.
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. При многократном повторении указанного элементарного акта и при условии, что этот контакт осуществляется каждый раз новыми участками поверхности скорость утечки зарядов с частиц невелика , удается создать плотность поверхностного заряда , достаточную для сепарации в электростатическом поле высокой напряженности.
Всякий раз, когда устройство улавливает трение, оно заряжается, поэтому не нуждается в источнике питания. Устройство состоит из двух миниатюрных пластинок. Когда пластины соприкасаются друг с другом, высвобождается электрический заряд, который передается на неповрежденный нерв. Если травмированный палец касается чего-либо, датчик отслеживает давление и преобразует его в напряжение: слабое для легкого прикосновения и сильное для более значительного — точно так же, как и при нормальном осязании. Основой конструкции служат каптоновые полимерные полоски толщиной 125 мкм, обеспечивающие гибкость и прочность. На них напыляется слой титана толщиной 5 нм, а сверху — 100 нм золота. Животных разделили на три группы: контрольную, в которой никаких операций не проводилось, и две группы с удаленным участком большеберцового нерва.
Тактильные ощущения исследовали с помощью проволочной сетки фон Фрея. Крыса стоит на сетке, а снизу на ее лапу оказывают давление с помощью специального наконечника.
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.
Проблемы в Intel копились десятилетиями, и инвесторы не верят, что Гелсингер спасёт компанию
именно трибовольтаического эффекта, эффекта трибоэлектрического поля и трибоэлектрический энергетический менеджмент. Они реализуют трибоэлектрические. Трибоэлектрический эффект заключается в возникновении статического заряда при трении различных материалов. Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал. В основе работы этого генератора лежит трибоэлектрический эффект, который позволяет получить электрический ток в момент соприкосновения или разделения двух разных материалов. Трибоэлектрический эффект. Появление электрических зарядов в материале из-за трения.
'трибоэлектричество'
В их технологии используется трибоэлектрический эффект, при котором определенные материалы производят электрический заряд от контакта с другими материалами. Трибоэлектрическим эффектом называют явление возникновения электрических зарядов у некоторых материалов при их трении друг о друга. While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details.
Создано устройство, восстанавливающее тактильные ощущения
Исследования профессора Вана в области наносистем с автономным питанием вдохновили ученых и промышленников всего мира на сбор энергии окружающей среды. Это нашло широкое применение в сенсорных сетях, искусственном интеллекте, робототехнике и Интернете вещей. Повторное использование энергии — реальность Лауреат «Глобальной энергии» рассказал «ЭПР», что идея создания трибоэлектрического наногенератора пришла к нему еще в 2005 году, когда он был ведущим студентом по пьезоэлектрическому эффекту на наноуровне. В 2012-м выяснили, что трибоэлектрический эффект может делать то же самое, и такое устройство намного эффективнее и намного дешевле. На данный момент тысячи людей работают в этой области, так что она быстро развивается», — отмечает эксперт. Немаловажно, что изобретение профессора Вана соответствует тенденциям нашего времени в части целей устойчивого развития и способно внести весомый вклад в достижение углеродной нейтральности. Однако сжигание нефти, угля, газа негативно влияет на окружающую среду, повторно использовать эту энергию трудно, — рассуждает Чжун Линь Ван. Так на какую энергию мы можем положиться для устойчивого развития нашего человечества, скажем, через пару столетий? Наше изобретение делает возможным повторное использование энергии, то есть мы можем извлекать энергию из окружающей среды и применять ее вновь.
Традиционно мы используем электромагнитный генератор, который наиболее эффективен, если механический запуск осуществляется на высокой частоте и с большой амплитудой. Но энергия, распределяемая в нашей среде обитания, довольно низкого качества. 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.
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. По словам изобретателей, все это можно масштабировать. Производить электричество можно везде.
Ветер развевал флаг, благодаря трению вырабатывалось электричество. Такие системы, по мнению разработчиков, могут использоваться повсеместно. Волокна ткани флага были очень широкими, как и говорилось выше, это один из первых прототипов генераторов электричества такого типа. Новая ткань гораздо более качественная, она соткана из волокон гораздо меньшего размера, чем в случае флага. Для ее создания разработчики использовали промышленный ткацкий станок. Получившийся генератор электричества компактен по размерам и почти не отличается по внешнему виду от обычной ткани. При этом небольшого фрагмента такого материала, закрепленного на руке пользователя, хватает для одновременной зарядки аккумулятора мобильного телефона и часов. Еще одна разработка этой же команды — биоразлагаемые источники энергии, которые предполагалось использовать в медицинских имплантатах. Как и в других случаях, здесь специалисты использовали трибоэлектрический эффект.
Зато по мере улучшения регистрирующей аппаратуры Марс стал показывать другие свои чудеса. Последними из них можно считать обнаружение «жутких пауков в городе инков».