Esta es la ciencia: Ponga triboelectricidad servicio de la humanidad Bashny.Net

Al parecer, este es el grupo principio de profesor Wang ( Wang ), que combina con éxito el trabajo en el nanoenergetiki Beijing Institute y nanosistemas y Tecnología Universidad de Georgia, eligió a su máxima. En los últimos seis meses, a la luz apareció en un total de 7 obras sólo en la Revista de la Sociedad Química Americana ACSNano (factor de impacto 12.062), acerca de ellos -Que estamos hoy y hablaremos. Sobre todo porque estos sistemas Inmerso posibilidad real de convertirse en los sensores vestibles Suministro de energia primaria y ropa elegante.

En lugar Prefacio h4> A principios de año se publicó y su breve relato Habré por conseguir el poder a costa de triboelectricidad. Se veía entonces como una exótica, tal vez no tener el uso normal de la economía nacional, aunque los autores señalaron que sobre la base del desarrollo, puede crear, por ejemplo, una estación meteorológica autónoma. Imaginen mi sorpresa cuando, en abundancia, comenzó a desmoronarse artículos en las principales revistas en las que se proponen muchas maneras de utilizar la electricidad estática.

Pero empezar con el director - una breve incursión en la física y la repetición material del artículo anterior. Así que muchos de nosotros hemos encontrado en la vida cotidiana con el fenómeno triboelectricidad , es decir, la electricidad (o más precisamente, la separación de carga ) que ocurre cuando dos materiales de fricción o sustancias (por ejemplo, con diferentes densidades). Esta es una separación de carga puede ser descrita por dos características principales: de hecho, la magnitud de la carga (o corriente) y la diferencia de potencial. Por supuesto, estas características dependen de muchos parámetros:. Humedad, temperatura, naturaleza de los materiales utilizados y así sucesivamente

Si usted, querido adorador Habra, tienen casas manta manta sintética, en la oscuridad, pasando por esta manta, se puede ver la chispa se desliza entre el cuerpo o partes individuales de los mismos, así como el olor de la "tormenta" (ozono) y óxidos de nitrógeno. Ejemplos similares - experiencias del canal "Simple Ciencia» Bredun :


O aquí hay otra:


Normalmente, las lecciones de la física en la escuela, este efecto se presenta como algo inútil o incluso perjudicial (por ejemplo, equipo de cómputo, la aviación), pero no es así - vamos a ver un ejemplo
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Hört ihr mich h4> «¿Puedes oírme?" - como una canción cantada en banda alemana Rammstein. Sí, dijimos a los autores de la confianza, sugirieron utilizar tribogenerator para micrófono samozapityvayuschegosya, posicionamiento acústico del cuerpo y pesas más acústicos.

Esquema dispositivo desarrollado se presenta a continuación. Vale la pena señalar que es un poco diferente de la habitual todo nuestro микрофона, la única diferencia es que en lugar de los efectos electromagnéticos, como cambiar la inducción o capacidad del condensador, la característica medida es como el caso de la tribogeneratorom , actual.



El micrófono samozapityvayuschegosya dispositivo de circuito y la onda acústica detector (PET - Tereftalato de polietileno, PTFE - teflón) i>

Por supuesto, se ha identificado y características acústicas. Naturalmente, cuanto mayor sea el volumen (el más cercano a la fuente de sonido al micrófono) receptor, mejor un micrófono, pero no olvides que el dispositivo no requiere una fuente de alimentación externa, la señal potencialmente puede ser amplificado.



características eléctricas y acústicas del dispositivo resultante: (a) la tensión de circuito abierto, (b) la corriente de cortocircuito, © estas características en función de la distancia desde el elemento activo y (d) el micrófono patrón de radiación i>

Tan pronto como el micrófono tiene un patrón direccional, el pecado no se basa en él para crear un detector de posición de fuente de sonido, con samozapityvayuschiysya. En realidad, lo que se hizo sobre la base de las correlaciones entre varias fuentes de señal:



Ejemplo de un dispositivo para la detección de la fuente de sonido i>

Y eso no es todo, ya que este tipo de membrana puede ser utilizada para pesar objetos a través del sonido, como se demuestra en este vídeo . Los científicos han logrado sensibilidad de 270 mV / mg, con un peso de peso de 40 mg a 400 mg. En principio, estas escalas pueden encontrar su aplicación en la industria de la joyería por el precio extremadamente bajo y alta sensibilidad.

Video del detector de posición y el sonido del micrófono se puede ver en la página oficial o Yandex-Disk .

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn4063616). i>

de ida y vuelta y la espalda, tú y yo -. la electricidad h4>
 

(a, b) Esquema del generador triboeléctrica. (a-e) película de polímero ( Kapton ) con contactos de cobre montado y desmontado i>

Este dispositivo se parece a un pequeño zumbido-hum ... sexy, pero lo que debe hacer, la ciencia requiere sacrificio. Si en la primera placa de polímero artículo con una pequeña porción de cobre fluctuó entre dos electrodos, ahora la carga eléctrica se acumula en el movimiento de las dos películas de polímero con respecto otra, como se muestra en la Figura:



El principio del generador triboeléctrica (a), y los datos de simulación para un sistema dado (bf). i>

Los autores también publicaron un par de vídeo (se puede ver desde el sitio web oficial de la editorial o Yandex-Disk ), ambos pueden ser operados por el movimiento de las olas tribogenerator o persona.

Aunque la potencia de salida máxima es de sólo 10-12 mW (1,36 W / m <sup>2 sup>) a una corriente de 300 mA y aproximadamente a una velocidad de 1 m / s demostró el dispositivo, puede potencialmente ser utilizado para balizas de navegación y, nunca se sabe, en el vestir ropa "inteligente" para recargar la cardiometry construido o de seguimiento, por ejemplo. Más sobre esto en el final del artículo.

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn500694y). i>

Una extensión lógica de este trabajo fue el desarrollo de dos modelos de generador de electricidad usando las olas y la lluvia.

En el primer caso, unos rollos de onda trae un poco de carga que "absorbe" por la película de polímero de un polietileno de propileno fluorado (FEP ), como se muestra en Figura:



El esquema del generador triboeléctrico basado en ondas de marea i>

La potencia del generador está en el nivel de las unidades de W / m 2 sup>, pero teniendo en cuenta el hecho de que tal planta puede estar situado a lo largo de la costa de no utilizados, las perspectivas, en principio, alentador y tentadora. Además, la lluvia o el agua que fluye también se puede utilizar para generar electricidad - vídeo ( sitio web oficial de la editorial o Yandex-Disco ).

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn5012732). i>

En el segundo caso, se utiliza un sistema dual más sofisticado que permite convertir no sólo la energía electrostática de las gotas de rodadura, sino también para recibir energía de la interacción de choque con la superficie de las gotitas.



El esquema general de un generador triboeléctrico de derivación: el primer circuito - nanopartículas de dióxido de titanio, proporcionando superficie nesmachivaemost y gotas de la lluvia, el segundo circuito de rodadura - nanopartículas de sílice en contacto con película de PTFE con el impacto de una gota que cae i>

Una gota que cae sobre la superficie inclinada del generador, lleva consigo una cierta carga (digamos positivo), y en el proceso de excavar en la superficie de la película de polímero electrificado (o negativo), y un electrodo de cobre "recoge" el exceso de carga negativa. El segundo circuito opera sobre el principio descrito varias veces anteriormente: nanopartículas de sílice impacto contacto con la película de teflón, creando una diferencia de potencial y electrizante. Los detalles de los dos circuitos por separado en forma esquemática presentan a continuación:



En última instancia, el circuito primario da una potencia de alrededor de 1,3 W / m 2 sup>, mientras que el disponer contorno de la energía mecánica de las gotas puede llegar más lejos hasta 0,3 a 0,4 W / m 2 sup>. Por otra parte, sobre la base de este tipo de sistemas se pueden crear sensores samozapityvayuschiesya de diferentes moléculas. En particular, el artículo proporciona un ejemplo del sensor de etanol, lo que permite determinar la fracción de un uno por ciento de este compuesto. Y en términos de las grandes ciudades puede ser sensores de diversos gases para determinar el estado ecológico de vozduzha.

Video que muestra el funcionamiento del dispositivo se puede ver en el sitio web oc publicación oficial Yandex-Disk .

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn501983s). i></sup>

Hacia un sistema de carga portátil h4> El último par de artículos a la fecha, de los cuales me gustaría decirte, de hecho, dedicado al prototipo de carga que un par de años puede ser integrado en la ropa de todos los días para los elementos inteligentes de ropa.



El plan para desarrollar el concepto de triboelectricidad debido a la compresión y estiramiento i>

La esencia de este diseño es que cuando se comprime o estirado surge nuevamente triboelectricidad estática o que se almacena al caminar o correr, y dirigió, por ejemplo, para cargar su teléfono inteligente, acostado en el bolsillo. En principio, estos sistemas también se pueden usar para generar electricidad a partir de goteo o caída de las mareas, como se ha demostrado anteriormente. Aunque la producción de energía no es tan grande (~ 0,4 W / m <sup>2 sup>), fue suficiente para asegurar que el poder de la matriz de LED en los experimentos llevados a cabo (ver Video).

Además, los autores han publicado algunos videos que demuestran el funcionamiento del dispositivo, que se puede ver en la página oficial editorial o Yandex-disco.

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn502618f). i>

Sin embargo, la capacidad máxima de las plataformas anteriores de desarrollar triboelectricidad se logra a una tasa de frecuencia de más de 100 Hz, que es, usted ve, es más interesante para los atletas, pero en el segundo los científicos han creado un tejido basado en hilos de algodón convencionales, lo que le permite generar electricidad a expensas de las contracciones musculares durante la marcha, por ejemplo, o un simple pat.

El nuevo tejido, lo que permite generar electricidad: fibra especial tejida en algodón convencional i>

En este caso, las fibras de algodón se recubrieron primero con nanotubos de carbono, y luego una parte de ellos, además de teflón. A continuación, un par de fibras tejidas en el tejido normal y puede funcionar como un generador de triboelectricidad debida a la fricción y fibras en movimiento entre sí.

principio eléctrico de las dos fibras para triboelectricidad i>

Una vez más vale la pena mencionar que la densidad de potencia de estos dispositivos no es tan grande como nos gustaría, así como la carga almacenada - sólo unos pocos nC medio minuto, sin embargo, esto es suficiente para reactivar la pantalla monocromática simple movimiento de un dedo (ver. Video).

Alternativamente, una pequeña cantidad de electricidad de este tipo puede ser suficiente para algunas sensor integrado en la ropa, como por ejemplo un termómetro, para la activación sólo lo suficiente ubicación tribogeneratora pat.

Wearable termómetro samozapityvayuschiysya - un paso más a la electrónica portátiles i>

Demostraciones de video están disponibles en el sitio web oficial de la editorial o Yandex-disco.

Artículo original en ACSNano (DOI: 10.1021 / nn501732z) i> que encontrarán su desarrollo de datos aplicación?</sup>

Sí, en la conversión de la electricidad Sí, eneregonezavisimyh, sistemas compactos Sí en electrónica portátiles para cargar dispositivos Sí, electrónica portátiles a los sensores de potencia No, no me parece. Completamente idea desesperada Difícil responder. Solo los usuarios registrados pueden participar en la encuesta. sesión , por favor. Votado 151 personas. 57 personas se abstuvieron.

Fuente: habrahabr.ru/post/231211/