Трибоэлектрический наногенератор, использующий эффект Бернулли для поглощения энергии ветра, Cell Reports Physical Science, онлайн 23 сентября 2020 г.; DOI: 10.1016. While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details.
Трибоэлектрическая серия
- Трибоэлектричество
- Трибоэлектрический эффект — Карта знаний
- Обувь с портами для зарядки телефона
- Ученые нашли самый обильный источник возобновляемой энергии
- Трибоэлектрическая серия
Наногенератор получает энергию от трения колеса о землю
Читайте также: «Второе солнце Земли»: термоядерное будущее Китая и неограниченная энергия Обувь с портами для зарядки телефона В Китае, благодаря новой технологии ТЭНГ, уже продают воздушные фильтры с трибоэлектрическим питанием. Кроме того, в ближайшие два года планируется выпустить обувь с наногенераторами и портами для зарядки устройств. Во время активной прогулки обувь генерирует достаточное количество энергии для зарядки телефона и других современных гаджетов. Встроенные в обувь генераторы помогут зарядить ваш гаджет Если вам нравится данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему официальному каналу на Яндекс. Дзен , где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира популярной науки и техники. Следует отметить, что у большинства новых технологий существует множество недостатков.
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.
Значительный вклад вносит температурный фактор. Нагрев трущихся тел приводит к увеличению энергии элементов в пограничной зоне, за счет чего возникает дополнительный электрический потенциал.
This is a list of materials ordered by how they develop a charge relative to other materials on the list. Johan Carl Wilcke published the first one in a 1757 paper. Lists vary somewhat as to the order of some materials. 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.
Они могут использоваться для питания носимой электроники, медицинских имплантов, а также в возобновляемой энергетике. Основная сложность - сделать эти устройства достаточно гибкими, лёгкими и долговечными.
Учёные активно исследуют трибоэлектрический эффект на наноуровне и создают гибридные энергетические системы, сочетающие разные источники энергии, например солнечные элементы и трибоэлектрические генераторы.
Ученые нашли самый обильный источник возобновляемой энергии
Согласно заявлению Сюдонг Вана Xudong Wang , доцента материаловедения и инженерии в Университете штата Висконсин, на трение, создаваемое при контакте автомобильных шин о поверхность земли во время движения, приходится примерно 10 процентов использования автомобильного топлива. Для него и аспиранта Янхао Мао Yanchao Мао , это представилось большой возможностью для повышения эффективности, поэтому весь последний год они потратили на разработку устройства, которое поможет решить эту проблему. Их устройство использует электрический заряд, который создается, когда определенные материалы вступают в контакт друг с другом. Во время предварительных испытаний, Ван и его коллеги использовали игрушечный автомобиль со светодиодными фарами, чтобы продемонстрировать концепцию. Они присоединили электрод к колесам автомобиля, и, во время его движения по земле, светодиодные фары загорались.
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. 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.
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.
Устройство самозаряжаемого пауэрбанка 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.
При каких условиях проявляется трибоэлектрический эффект
- Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect
- Миниатюрные ветряные турбины для сбора энергии ветра
- Telegram: Contact @lifeytnews
- 'трибоэлектричество'
- Газета «Суть времени»
- Трибоэлектрический эффект
Наногенератор получает энергию от трения колеса о землю
При механическом воздействии на наноматериалы, помимо пьезоэлектрического, часто возникал гораздо менее изученный трибоэлектрический эффект. В сегодняшнем плане Curiosity попытается провести новый эксперимент, чтобы впервые на Марсе засвидетельствовать «трибоэлектрический эффект». Трибоэлектрический эффект знаком всем и каждому: попробуйте потереть расчёской о волосы, и вы немедленно заметите, что поверхность одного из этих «материалов» довольно сильно. Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал. Трибоэлектрическим эффектом называют явление возникновения электрических зарядов у некоторых материалов при их трении друг о друга.
Чжунлинь Ван: Трибоэлектрические наногенераторы позволят выпускать самозаряжающиеся смартфоны
В трибоэлектрических наногенераторах (TENG) используется этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию. явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала. Демонстрация трибоэлектрического эффекта. Результаты измерений можно найти ниже в содержании видео.
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
Иностранные новости. Самозаряжающееся устройство состоит из суперконденсатора и трибоэлектрического наногенератора. Суперконденсатор отвечает за хранение энергии и представляет собой «сэндвич» из никель-ванадиевого катода, нанесенного на углеродную ткань, цинк-содержащего электролита и углеродного анода. Принцип работы наногенератора основан на трибоэлектрическом эффекте — природном явлении генерации разницы потенциалов при трении двух материалов.
Теперь ученые разработали многослойный ТЭНГ из волокон, изготовленных методом электроспининга, серебряных нанопроволок и слоя полистирола для хранения заряда, который не только обладает высокими электрическими характеристиками, но и удобен в носке.
Трибоэлектрический эффект - это явление, при котором на двух разнородных материалах образуется заряд, когда материалы раздвигаются после контакта друг с другом. Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию. Компактность ТЭНГов позволяет применять их в качестве носимых устройств, которые могут использовать движение тела для питания электроники. Волокна, изготавливаемые методом электроспининга, являются многообещающим кандидатом, поскольку они легкие, прочные и обладают желаемыми электрическими свойствами.
Электроспининг - это метод, при котором растворы полимеров вытягиваются в волокна с помощью электрического заряда.
В экваториальной части Титана находятся дюны, ориентированные против направления движения преобладающих в регионе приповерхностных ветров. Такая геометрия холмов, как полагают ученые, связана с трибоэлектрическим эффектом — возникновением электрических сил притяжения между трущимися друг о друга углеводородными частицами, образующими дюны. Сильные ветры, по оценкам ученых, не позволяют значительно изменить геометрию крупных дюн, в отличие от малых. Ученые полагают, что взаимное притяжение углеводородных частиц на Титане, обусловленное трибоэлектрическим эффектом, на порядок превышает таковое для песчинок на Земле.
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. Ян Я, исследователь из Пекинского института наноэнергетики и систем Китайской академии наук и руководитель лаборатории Micronano Energy and Sensing, говорит: «Вы можете собрать весь ветерок в повседневной жизни. В будущем Ян Я и его коллеги также надеются объединить это устройство с небольшими электронными устройствами, такими как мобильные телефоны, для обеспечения их экологически безопасной электроэнергией. Ян Я также стремится сделать устройство больше и мощнее. Такие электростанции можно было бы использовать в местах, которые не подходят для классических ветряных турбин, к примеру в горах или зданиях.
Чжун Линь Ван: китайский ученый, совершивший прорыв в энергетике
| Исследователи ИИТ Дели разработали устройство для выработки электричества из капель дождя | именно трибовольтаического эффекта, эффекта трибоэлектрического поля и трибоэлектрический энергетический менеджмент. Они реализуют трибоэлектрические. |
| Иностранные новости. | Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки. |
| В Солнечной системе нашли электрическую луну | В 2012-м выяснили, что трибоэлектрический эффект может делать то же самое, и такое устройство намного эффективнее и намного дешевле. |
| трибоэлектричество | Экологический дайджест | Трибоэлектрические наногенераторы, позволяющие преобразовывать в электричество энергию человеческого тела, могут найти самое широкое применение. |
Чжунлинь Ван: Трибоэлектрические наногенераторы позволят выпускать самозаряжающиеся смартфоны
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. Тем не менее, эта новая мембрана представляет собой большой шаг на пути к будущему носимых устройств, которые в конечном итоге могут питать что-то гораздо более сложное.
Возможно, даже Apple Watch.
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.
Он представляет собой гибридную сеть из ионов металлов и органических молекул и имеет более высокую тенденцию к потере электронов. Они также протестировали различные виды древесины, чтобы определить, могут ли определенные породы или направление резки древесины влиять на ее трибоэлектрические свойства, служа лучшей основой для покрытия. Исследователи обнаружили, что трибоэлектрический наногенератор, сделанный из радиально обрезанной ели, обычной древесины для строительства в Европе, показал наилучшие результаты.
Вместе эти обработки повысили производительность трибоэлектрического наногенератора - он генерировал в 80 раз больше электроэнергии, чем натуральное дерево. Электроэнергия устройства была стабильной при постоянных нагрузках до 1500 циклов. Исследователи обнаружили, что прототип деревянного пола с площадью поверхности немного меньше листа бумаги может производить достаточно энергии для питания бытовых светодиодных ламп и небольших электронных устройств. Они успешно зажгли лампочку с помощью прототипа, когда взрослый человек прошел по нему, превратив шаги в электричество.
По словам разработчиков, наногенератор также сохраняет свойства, которые делают древесину полезной для дизайна интерьера, в том числе механическую прочность и теплые цвета.
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. For instance the work of Burgo and Erdemir , [44] which showed that the sign of charge transfer reverses between when a tip is pushing into a substrate versus when it pulls out; the detailed work of Lee et al [45] and Forward, Lacks and Sankaran [46] and others measuring the charge transfer during collisions between particles of zirconia of different size but the same composition, with one size charging positive, the other negative; the observations using sliding [46] or Kelvin probe force microscope [47] of inhomogeneous charge variations between nominally identical materials. Illustration of triboelectric charging from contacting asperities The details of how and why tribocharging occurs are not established science as of 2023. One component is the difference in the work function also called the electron affinity between the two materials. Surfaces have many nanoscale asperities where the contact is taking place, [38] which has been taken into account in many approaches to triboelectrification. With this approximation, each asperity contact during sliding is equivalent to a stationary one; there is no direct coupling between the sliding velocity and electron motion.
While there is extensive experimental data on triboelectricity there is not as yet full scientific consensus on the source, [68] [69] or perhaps more probably the sources. Some aspects are established, and will be part of the full picture: Work function differences between the two materials. This is a list of materials ordered by how they develop a charge relative to other materials on the list. Johan Carl Wilcke published the first one in a 1757 paper. Lists vary somewhat as to the order of some materials. 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.
Ученые создали гибкие графеновые трибоэлектрические генераторы
К сожалению я никогда не экспериментировал в этой области физики настоящим образом, но всегда считал эту тему интересной. Из-за того, что механическое ударное воздействие переходит в электрическую энергию с достаточно высоким КПД, нас ожидают открытия новых трущихся пар, которые могут привести к созданию новых технических изделий, использующих этот эффект. Канал: "Философия, как точная наука".
По сравнению с традиционными методами, такими как использование пьезоэлектрического эффекта, он может генерировать значительно больше электроэнергии. Лучший пример, который мы видим, — это сверкающие огни, когда мы перемещаем одеяла или куртки. Это произошло только в последнее время.
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.
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. Но это невозможно при использовании традиционной технологии из-за ограниченности физических принципов. Наш новый подход делает возможным повторное использование энергии. Таким образом, это оказывает огромное влияние на наши будущие потребности в энергии.
Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect
Трибоэлектрические периметральные средства обнаружения явно не исчерпали своих возможностей. В 2012-м выяснили, что трибоэлектрический эффект может делать то же самое, и такое устройство намного эффективнее и намного дешевле. явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала. Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки. While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details.