На практике обычно стремятся исключить последствия трибоэлектрического эффекта и избавиться от контактного заряда. Демонстрация трибоэлектрического эффекта. Результаты измерений можно найти ниже в содержании видео.
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. Кроме того к трибоэлектрическому эффекту может приводить механическое удаление отдельных элементов поверхности пьезоэлектриков или пироэлектриков. Трибоэлектрические наногенераторы, позволяющие преобразовывать в электричество энергию человеческого тела, могут найти самое широкое применение. Трибоэлектрический эффект знаком всем и каждому: попробуйте потереть расчёской о волосы, и вы немедленно заметите, что поверхность одного из этих «материалов» довольно сильно. Трибоэлектрический генератор, способный эффективно извлекать электроэнергию из любого движения.
Справочник химика 21
| Чжун Линь Ван: китайский ученый, совершивший прорыв в энергетике. Новости: 27 ноября 2023 | Ученые из Технологического института Джорджии заявили о создании эффективного и надежного трибоэлектрического генератора. |
| Ученые из Японии и Китая создали умную ткань, способную генерировать энергию от движений тела | Операция прошла успешно, и трибоэлектрический эффект позволил питать имитатор мозгового имплантата: тот выдавал 60 электрических импульсов в секунду, как это требуется. |
| Энергособирающий наногенератор, вдохновленный колышущимися водорослями. | С помощью трибоэлектрического эффекта солнечная панель производит энергию от движения капель дождя по своей поверхности. |
Трибоэлектрический эффект и наногенераторы TENG
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. Благодаря этим преимуществам трибоэлектрические наногенераторы применимы в самых разных сферах жизни.
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. Значительный вклад вносит температурный фактор. Нагрев трущихся тел приводит к увеличению энергии элементов в пограничной зоне, за счет чего возникает дополнительный электрический потенциал. В ситуации с жидкими средами трибоэлектрический эффект объясняется образованием поверхностного заряда на границе раздела тел, находящихся в различных агрегатных состояниях. При трении водяных частиц о металлические стенки, в частности, электричество накапливается за счет разделения зарядов на поверхности стекания жидкости. Причина электризации на границе раздела двух жидких изоляторов — образование двойного слоя заряда на поверхностях сред с различной диэлектрической проницаемостью.
Согласно правилу Коэна жидкая среда с меньшей диэлектрической константой приобретает отрицательный заряд, а с большим ее значением — положительный. 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.
К своим выводам ученые пришли, проведя лабораторные эксперименты, имитирующие условия формирования углеводородных холмов спутника Сатурна. По их мнению, верхние слои атмосферы уже на высоте выше пяти километров от поверхности спутника вращаются в восточном направлении быстрее его нижележащих частей. Это приводит к появлению редких, но сильных нисходящих потоков, которые, достигая поверхности Титана, вызывают ветры в направлении с востока на запад и метановые бури, перестраивающие дюны. Титан, подобно Земле, имеет атмосферу и разнообразную поверхность, состоящую из углеводородных гор, озер и морей.
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.
Необычный волновой генератор сгенерирует электричество трением искусственного меха
Носители заряда перемещаются с одного тела на другое. У полупроводников и металлов трибоэлектрический эффект обусловлен перемещением электронов от материала с меньшей работой выхода - к материалу у которого работа выхода больше. При трении диэлектрика о металл, трибоэлектрическая электризация возникает благодаря переходу электронов с металла к диэлектрику. При взаимном трении пары диэлектриков явление возникает из-за взаимного проникновения соответствующих ионов и электронов. Значительный вклад в выраженность трибоэлектрического эффекта может внести различная степень разогревания тел в процессе их трения друг о друга, поскольку этот факт вызывает перемещение носителей с локальных неоднородностей более разогретого вещества - "истинное" трибоэлектричество. Кроме того к трибоэлектрическому эффекту может приводить механическое удаление отдельных элементов поверхности пьезоэлектриков или пироэлектриков. Применительно к жидкостям проявление трибоэлектрического эффекта связано с возникновением двойных электрических слоев на поверхности раздела двух жидких сред или на границе жидкости и твердого тела. При трении жидкостей о металлы при течении или разбрызгивании от удара , трибоэлектричество возникает за счет разделения зарядов на границе между металлом и жидкостью. Электризация трением двух жидких диэлектриков имеет своей причиной наличие двойных электрических слоев на поверхности раздела жидкостей, диэлектрические проницаемости которых различны. Как было сказано выше согласно правилу Коэна , жидкость с меньшей диэлектрической проницаемостью заряжается отрицательно а с большей — положительно.
Трибоэлектрический эффект при разбрызгивании жидкостей вследствие удара о поверхность твердого диэлектрика или о поверхность жидкости, обусловлен разрушением двойных электрических слоев на границе жидкости и газа электризация в водопадах происходит именно по такому механизму. Хотя трибоэлектричество и приводит в некоторых ситуациях к нежелательному накоплению электрических зарядов в диэлектриках, как например на синтетической ткани, тем не менее трибоэлектрический эффект применяется сегодня при исследовании энергетического спектра электронных ловушек в твердых телах, а также в минералогии для исследования центров люминесценции, минералов, определения условий образования пород и их возраста. Трибоэлектрические наногенераторы TENG Трибоэлектрический эффект кажется на первый взгляд энергетически слабым и неэффективным, в силу малой и нестабильной плотности электрического заряда участвующего в данном процессе. Однако группа ученых из Технологического университета штата Джорджия нашли путь улучшения энергетических характеристик эффекта.
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. В таком режиме экспериментальный прототип питал одновременно 60 светодиодов.
Учёные научились получать энергию из дождя 30 августа 2023 Исследователи из Университета Цинхуа в Китае изобрели прибор для получения энергии из дождя. 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.
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. Российскими учеными исследованы многочисленные способы его применения для: - получения источника рентгеновского излучения; - изменения свойства смесей под воздействием формовочных материалов; - создания внутритрубного датчика-расходомера; - создания прибора для сортировки стали; - очистки нефтепродуктов от загрязнений; - защиты металла от коррозии. Если говорить о коррозии, то в самом общем смысле это термодинамический процесс самопроизвольного разрушения металла при взаимодействии с окружающей средой.
Первопричиной коррозии является состояние неравновесия между металлом и окружающей средой — металлу выгоднее раствориться, чем удерживать строгую кристаллическую решетку. Он бы хотел «развалиться», а не держаться изо всех сил. Для того чтобы остановить коррозию необходимо помочь металлу — сделать так чтобы ему было удобнее находиться в нормальном состоянии.
Ученые разработали деревянный пол, вырабатывающий электричество от шагов
| Новый материал генерирует электричество за счёт движения и солнечной энергии | Для создания проекта, который получил название Cyber Vestis, использовались трибоэлектрический генератор, органический элемент Пельтье. |
| Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время | явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала. |
Ученые научились получать электричество из человека
Например, если прикрепить его к машине, едущей по трассе, то электричество будет вырабатываться уже за счет трибоэлектрического эффекта. Ученые из Технологического института Джорджии заявили о создании эффективного и надежного трибоэлектрического генератора. Трибоэлектрический эффект знаком всем и каждому: попробуйте потереть расчёской о волосы, и вы немедленно заметите, что поверхность одного из этих «материалов» довольно сильно.
Иностранные новости.
| Трибоэлектрический эффект пригоден для получения энергии от морских волн | Трибоэлектрические периметральные средства обнаружения явно не исчерпали своих возможностей. |
| Ученые из Японии и Китая создали умную ткань, способную генерировать энергию от движений тела | Трибоэлектрическим эффектом называют явление возникновения электрических зарядов у некоторых материалов при их трении друг о друга. |
| Все самое интересное из мира IT-индустрии | Демонстрация трибоэлектрического эффекта. Результаты измерений можно найти ниже в содержании видео. |
Создано устройство, восстанавливающее тактильные ощущения
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. Проехав на машине с опущенными окнами — цветастый флажок развевался на ветру, — они смогли получить значительное количество электроэнергии однако конкретных цифр исследователи в пресс-релизе не привели. Ранние тесты показали, что ткань выдерживает повторное использование, однако учёным ещё предстоит проверить её на прочность.
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.
Статическое электричество может стать спасением человечества от энергетического кризиса Как работает трибоэлектрический наногенератор? Еще в Древней Греции заметили, что если потереть кусочек янтаря о шерсть животного, то он начнет притягивать мелкие частицы и пыль. Именно оно вдохновило ученых на поиски способа сбора статической энергии из океана, воздуха и даже движения нашего тела. 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.
Наука о трении включает в себя разделы физики, химии, механики и электродинамики. Только в 80-х годах прошлого века утвердилось ее самостоятельное название — трибология. Слово «трибо» по-гречески означает «тереть». А вот то, что из-за трения возникает электричество, которое называют «трибоэлектрическим эффектом», известно более двух тысяч лет. 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.
Трибоэлектрический генератор
При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект. Трибоэлектрический кабель использует трибоэлектрический эффект – генерацию сигнала в случае его деформации. именно трибовольтаического эффекта, эффекта трибоэлектрического поля и трибоэлектрический энергетический менеджмент. Они реализуют трибоэлектрические. явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала. Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал. Принцип работы наногенератора основан на трибоэлектрическом эффекте — природном явлении генерации разницы потенциалов при трении двух материалов.