При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект. В трибоэлектрических наногенераторах (TENG) используется этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию.
Новая ткань генерирует энергию от движений тела, но ее не отличить от обычной
Его подвешивали на шар, наполненный гелием. 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.
Когда два атома находятся в положениях равновесия с равновесным межатомным расстоянием, электронные облака или волновые функции частично перекрываются. С одной стороны, если два атома приближаются друг к другу под воздействием внешней силы, межатомное расстояние становится короче, чем равновесное расстояние, два атома, таким образом, отталкиваются друг от друга из-за увеличения перекрытия электронного облака. Именно в этой области происходит перенос электрона. С другой стороны, если два атома отделены друг от друга, чтобы иметь большее межатомное расстояние, чем равновесное расстояние, они будут притягиваться друг к другу из-за дальнодействующего Ван-дер-Ваальсова взаимодействия. Потенциал межатомного взаимодействия между двумя атомами для понимания переноса электронов как сокращения длины связи под действием внешней силы. Для трибоэлектрификации был предложен механизм переноса заряда атомного масштаба общая модель электронного облака-потенциала. Во-первых, до контакта двух материалов в атомном масштабе не существует перекрытия между их электронными облаками и существует сила притяжения. Электроны настолько тесно связаны на определенных орбитах, что не могут свободно улететь. 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.
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.
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.
Российские учёные научили "бархатные тяги" вырабатывать энергию
Статья автора «Naked Science» в Дзене: Трибоэлектрический эффект позволит создать имплантаты, которые не нуждаются в замене батарей. Трибоэлектрический эффект — это процесс перетекания электрического заряда с одного материала на поверхность другого при их контакте друг с другом. Трибоэлектрический кабель использует трибоэлектрический эффект – генерацию сигнала в случае его деформации. Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал. Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию.
В Солнечной системе нашли электрическую луну
Принцип работы наногенератора основан на трибоэлектрическом эффекте — природном явлении генерации разницы потенциалов при трении двух материалов. Благодаря трибоэлектрическому эффекту, материалы собирают заряд, образующийся в результате их соединения/разъединения, который затем передают через контакт. Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки. Вода и пластик, оказывается, способны использовать трибоэлектрический эффект не хуже, чем две твёрдые поверхности, — и при любой влажности воздуха. Исследователи полагают, что золото не является ключом к эффективности электрогенератора нового типа – в принципе, в трибоэлектрическом генераторе может работать любой металл.
Создано устройство, восстанавливающее тактильные ощущения
Результаты показывают, что для привода этого трибоэлектрического наногенератора достаточно скорости ветра 1,6 метра в секунду. Когда скорость ветра составляет от 4 до 8 метров в секунду производительность наногенератора является наилучшей. Эта скорость позволяет двум пленкам колебаться синхронно. В настоящее время оборудование исследовательской группы может питать 100 светодиодных ламп и датчиков температуры. Две пластиковые ленты в этом фрикционном наномоторе, по существу, играют роль трибоэлектрических пленок. В работе наногенератор использует эффект Бернулли, который говорит, что, когда горизонтальная скорость потока жидкости увеличивается, давление уменьшается. И в этой системе, когда поток воздуха стабилен, две ленты будут демонстрировать динамические характеристики быстрого и периодического контакта, и разделения благодаря эффекту Бернулли.
Работать материал может и без солнца. Например, если прикрепить его к машине, едущей по трассе, то электричество будет вырабатываться уже за счет трибоэлектрического эффекта. Трибоэлектрический эффект возникает при контакте металлов и изоляторов вследствие трения, так как при этом не появляется никаких зарядов или возникающий заряд пренебрежимо мал. Основной результат трения — это увеличение площади фактического контакта, более частые контакты старых поверхностей и образование новых.
Особенно рады такому источнику энергии могут быть туристы, военные, любители охоты и рыбалки. Материал можно складывать и гнуть, как угодно. Он работает по-прежнему хорошо даже после 500 сгибаний. Выработка электричества прекращается, если материал намокает, но, если его высушить, генерация возобновляется.
Цонг Лин Ванг с коллегами уже несколько лет подряд работают над созданием портативного источника электричества, основой которых являются системы преобразования механической энергию в электрическую. Одним из прототипов текущей системы был генерирующий энергию флаг.
При трении пары материалов из ряда, материал, расположенный ближе к положительному концу ряда, зарядится положительно, а другой — отрицательно.
Первый трибоэлектрический ряд был опубликован И. 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. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» 1600 год , в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами.
Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества. Эффект Кирлиана , эффект Кирлиан, «Кирлиановая аура» — коронный барьерный разряд в газе. Объект предварительно помещается в переменное электрическое поле высокой частоты 10—100 кГц, при котором возникает разность потенциалов между электродом и исследуемым объектом от 5 до 30 кВ.
При эффекте Кирлиана наблюдаются три процесса. При первом происходит ионизация и образуются ионы азота. При втором между объектом и электродом образуется барьерный разряд.
При третьем есть электронные переходы с низких энергетических... Типичный опыт по наблюдению сонолюминесценции выглядит следующим образом: в ёмкость с водой помещают резонатор и создают в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну. При достаточной мощности ультразвука в самом центре резервуара появляется яркий точечный источник голубоватого света — звук превращается в свет.
Пироэлектричество — явление возникновения электрического поля в кристаллах при изменении их температуры, например: при нагревании, трении, облучении или даже примитивном натирании. Эффект поля англ. Field-effect в широком смысле состоит в управлении электрофизическими параметрами поверхности твёрдого тела с помощью электрического поля, приложенного по нормали к поверхности.
Эффект Бифельда — Брауна — электрическое явление возникновения ионного ветра, который передаёт свой импульс окружающим нейтральным частицам. Явление также известно под названием электрогидродинамики по аналогии с магнитогидродинамикой. Автоволны англ.
Термин в основном применяется к процессам, где волной переносится относительно малая энергия, которая необходима для синхронизации или переключения активной среды. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота. История физики исследует эволюцию физики — науки, изучающей фундаментальные наиболее общие свойства и законы движения объектов материального мира.
Предметом истории физики являются выявление и обобщённый анализ основных событий и тенденций в развитии физических знаний. Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Датой открытия электрона считается 1897 год, когда Томсоном был поставлен эксперимент по изучению катодных лучей.
Экспериментаторы сотворили изолированную пластиковую ёмкость, крышка и дно которой содержали электроды в виде пластинок из медной фольги. Изнутри крышка была покрыта слоем полидиметилсилоксана пластификатор, поедаемый нами подобно пищевой добавке Е 900 , на который были нанесены нанопирамидки. Бак наполняли неионизированной водой, а крышку опускали чуть ниже. После того как нанопирамидки входили в контакт с жидкостью, группы атомов наполидиметилсилоксана обретали отрицательный заряд. На поверхности воды заряд ожидаемо становился положительным и не исчезал даже после удаления полидиметилсилоксана. Гидрофобность полидиметилсилоксана с нанопирамидками имеющими весьма острый угол с поверхностями капель сводила к минимуму количество воды, оставшееся на пластике, что упрощало работу всей системы. Для выработки постоянного тока крышку надо было периодически поднимать и опускать, а электроды — держать подключёнными к выпрямителю и конденсатору.
Ученые создали трибоэлектрический наногенератор из золота
- ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ
- Telegram: Contact @lifeytnews
- Гибридная ткань преобразует в электричество солнечный свет и механическую энергию
- Обувь с портами для зарядки телефона
- Ученые создали трибоэлектрический наногенератор из золота
- ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ
Чжун Линь Ван: китайский ученый, совершивший прорыв в энергетике
While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details. Принцип работы наногенератора основывается на трибоэлектрическом эффекте, который собирает энергию от меняющегося электрического потенциала между дорожным покрытием и. Трибоэлектрический генератор, способный эффективно извлекать электроэнергию из любого движения. Для создания проекта, который получил название Cyber Vestis, использовались трибоэлектрический генератор, органический элемент Пельтье. Принцип работы наногенератора основывается на трибоэлектрическом эффекте, который собирает энергию от меняющегося электрического потенциала между дорожным покрытием и.
Новая гибридная солнечная панель производит энергию с помощью солнца и капель дождя
- Ученые разработали деревянный пол, вырабатывающий электричество от шагов
- Новый материал генерирует электричество за счёт движения и солнечной энергии
- Необычный волновой генератор сгенерирует электричество трением искусственного меха | Техкульт
- Шум преампа. Формула Фрииса. Трибоэлектрический эффект
- ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАШИТЫ ПЕРИМЕТРА. ПРОГНОЗ НА ЗАВТРА
Шум преампа. Формула Фрииса. Трибоэлектрический эффект
The triboelectric charge density of the tested materials was measured with respect to liquid mercury in a glove box under well-defined conditions, with fixed temperature, pressure and humidity. It is known that this approach is too simple and unreliable. 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.
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.
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.
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. Сигнал после усиления обрабатывается микропроцессором, который выдает сигнал тревоги. В систему входит концентратор, контролирующий до 8 отрезков сенсорного кабеля, каждый из которых может иметь протяженность до 300 м. Программное обеспечение позволяет, отслеживая сигналы кабеля, автоматически адаптировать чувствительность системы к окружающим погодным условиям. Кабельный чувствительный элемент Supersensor MuLtisensor Основным отрицательным моментом в трибоэлектрических периметральных средствах обнаружения является то, что в них используется паразитный эффект, который вносит существенные ограничения в функционал, связанные с тем, что диапазон регистрируемых частот, как правило, не превышает 0,1-300 Гц, поскольку в более высокочастотной области велик собственный шум электроники, а коэффициент преобразования уменьшается. Как следствие, «перелаз» низкочастотное воздействие отечественными вибрационными средствами обнаружения выявляется более надежно, чем «перекус» высокочастотное воздействие. Поэтому для организации эффективной защиты от преодоления заграждения путем перекуса, то есть разрушения полотна заграждения путем удаления его части, производители рекомендуют укладывать кабели на полотне заграждения зигзагом или выполнять несколько проходов, что значительно уменьшает линейные размеры защищаемого средством участка периметра и увеличивает трудоемкость монтажных работ. Сегодня, когда на свободном рынке представлен широкий спектр приспособлений для разрезания полотна заграждения механическим путем или электрогазосваркой , особенно актуальным становится обнаружение проникновения путем перекуса. Особенно это важно для объектов, на которых можно ожидать заранее подготовленное проникновение с преступными или террористическими намерениями, поскольку дыра в заграждении позволяет обеспечить быстрое перемещение грузов через защищаемый периметр. Для повышения качества высокочастотного сигнала, получаемого с ЧЭ, в СО необходимо наличие раздельных каналов для высоких и низких частот. Дополнительно, за счет обрезания высоких частот на входе низкочастотного канала, необходимо значительно повысить помехоустойчивость средства к наводкам, вызванным электросетью. Еще одним отрицательным моментом, обусловленным недостатком квалифицированного персонала в эксплуатирующих организациях на момент разработки большинства представленных на рынке средств, является примитивность их настройки по месту установки, сводящейся, как правило, к заданию одного параметра. Это ухудшает адаптируемость средства к особенностям климата и заграждения периметра, модели нарушителя и т. Современные средства, разработанные с использованием мощных микроконтроллеров, позволяют реализовывать эффективные многопараметрические алгоритмы обработки информации. Один из вариантов организации подбора параметров заключается в реализации в алгоритме работы средства элементов искусственного интеллекта нейронной сети с последующим обучением. Достоинства такого подхода не очевидны, поскольку для проверки нормальной работоспособности после очередного обучения вызванного срабатыванием средства требуется проверка функционирования средства на всех или большей части ранее обнаруженных попытках пересечения периметра.