Статья автора «Naked Science» в Дзене: Трибоэлектрический эффект позволит создать имплантаты, которые не нуждаются в замене батарей. в этом материале. * Трибоэлектрический эффект — это тип контакта, при котором под воздействием трения вырабатывается электричество. На практике обычно стремятся исключить последствия трибоэлектрического эффекта и избавиться от контактного заряда.
Новый материал генерирует электричество за счёт движения и солнечной энергии
Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в полезную электрическую энергию. В его основе лежит трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. В новой технологии задействован трибоэлектрический эффект, когда различные материалы генерируют электричество при контакте. Американские ученые выяснили, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения) провоцирует аномальную ориентацию больших дюн Титана.
'трибоэлектричество'
Обычно положительно заряжаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью так называемое правило Коэна. Всеобъемлющая теория электризации пока не построена [2] , как правило Коэна, так и сам трибоэлектрический ряд являются эмпирическими закономерностями : существуют много различных рядов [3] , 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.
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. Когда крыса чувствует давление, она поднимает лапу, а прибор автоматически регистрирует силу воздействия. Credit: ACS Nano Ученые надеются, что в будущем устройство можно будет вживлять в любой участок тела, где требуется восстановить тактильные ощущения.
По предположению ученых, взаимное притяжение углеводородных частиц на Титане, вызванное трибоэлектрическим эффектом, значительно превышает таковое для песчинок на Земле. Титан, подобно Земле, имеет атмосферу и поверхность, состоящую из углеводородных гор, озер и морей.
Титан, подобно Земле, имеет атмосферу и разнообразную поверхность, состоящую из углеводородных гор, озер и морей. Его атмосфера на 98,4 процента состоит из азота, а также метана и водорода. Спутник в шесть раз легче Земли и имеет более плотную атмосферу.
Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect
Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал. Демонстрация трибоэлектрического эффекта. Результаты измерений можно найти ниже в содержании видео. В 2012-м выяснили, что трибоэлектрический эффект может делать то же самое, и такое устройство намного эффективнее и намного дешевле. В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов. субатомные частицы, переносящие электричество в твердых телах, - могут переходить от одного объекта к другому, генерируя.
Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect
На практике обычно стремятся исключить последствия трибоэлектрического эффекта и избавиться от контактного заряда. Исследователи полагают, что золото не является ключом к эффективности электрогенератора нового типа – в принципе, в трибоэлектрическом генераторе может работать любой металл. Кроме того к трибоэлектрическому эффекту может приводить механическое удаление отдельных элементов поверхности пьезоэлектриков или пироэлектриков.
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
Но как применить трение с пользой, и какое отношение ко всему этому имеет защита автомобиля от коррозии? 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.
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. К своим выводам ученые пришли, проведя лабораторные эксперименты, имитирующие условия формирования углеводородных холмов спутника Сатурна.
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. Надеемся, что наше изобретение станет основой технологий для энергетики будущего».
Фокус на коммерциализацию Говоря о планах, Чжун Линь Ван признается: все его внимание сосредоточено именно на трибоэлектрическом наногенераторе. Он хочет, чтобы его изобретение служило человечеству. Наступает важный и ответственный этап — переход к коммерциализации разработки.
Тактильные ощущения исследовали с помощью проволочной сетки фон Фрея. Крыса стоит на сетке, а снизу на ее лапу оказывают давление с помощью специального наконечника. Когда крыса чувствует давление, она поднимает лапу, а прибор автоматически регистрирует силу воздействия. Credit: ACS Nano Ученые надеются, что в будущем устройство можно будет вживлять в любой участок тела, где требуется восстановить тактильные ощущения. Процедура имплантации проста, датчик выполнен из биосовместимого материала, безопасного для организма человека, и не требует обслуживания. Исследователи проверили долговечность TENG-IT в смоделированных биологических условиях в течение 26 дней, но в идеале устройство должно исправно работать в течение многих лет. В первую очередь потребуется уменьшить его размер.
Также потребуется учитывать часть тела, в которую будет помещено устройство, расположение нервов и количество сенсорных нейронов, связанных с нервом. Кроме того, датчик нужно будет откалибровать, чтобы приблизить ощущения к естественным.
Иностранные новости.
Но всё равно остаётся одна большая проблема: даже у беспроводного стимулятора надо время от времени менять батарейку, то есть нужно делать регулярные операции. Идеальный водитель ритма должен был бы получать энергию для работы от самого организма. И сейчас многие исследовательские группы думают над тем, как это сделать. Одно из решений — использовать пьезоэлемент.
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.
Ее достаточно для защиты авто от процессов коррозии, происходящих на поверхности металлов. А за счет того, что под днищем авто устанавливаются дополнительные протекторные элементы, эффективность системы увеличивается многократно. При этом система сбалансирована с помощью заземлителя, что обеспечивает равновесие происходящих процессов и полностью останавливает коррозию. На видео показано, что пока на трибогенератор не дует воздух, прибор который фиксирует напряжение, показывает 0. Но если начать обдувать трибогенератор воздухом, на нем моментально появляется электрический заряд.
Если же обдувать воздухом электроды мультиметра, которые не подключены к трибогенератору — напряжение не возникает. Это является яркой иллюстрацией работы трибогенератора. Трибоэлектричество было на Земле всегда, но только в последние годы люди научились не считать его несущественным или вредным, а наоборот нашли способы применять себе во благо. И уже очевидно, что в будущем трибоэлектричество станет простым, привычным и удобным элементом нашей повседневной жизни, который мы с удовольствием будем использовать везде и постоянно. Фотография на обложке: flickr.
Уровень энергии зависит от площади устройства и величины дождевых капель. Максимальная мощность — 200 Вт на квадратный метр. Такого ресурса хватит для питания трёх лампочек накаливания. Дождевые панели расширят возможности энергетиков: получать электричество можно будет в любой точке планеты, где идут дожди, независимо от близости к рекам.
Ученые нашли самый обильный источник возобновляемой энергии
| Трибоэлектрический эффект пригоден для получения энергии от морских волн | В основе работы этого генератора лежит трибоэлектрический эффект, который позволяет получить электрический ток в момент соприкосновения или разделения двух разных материалов. |
| Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect | Трибоэлектрической эффект обусловлен трением между проводником и изолятором, вследствие чего возникает электрический заряд. |
Чжун Линь Ван: китайский ученый, совершивший прорыв в энергетике
Между тем, трибоэлектрический эффект (связанный с эффектом трения) до настоящего момента остаётся до конца не изученным. Инженеры Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США построили генератор, работающий на трибоэлектрическом эффекте. Для создания проекта, который получил название Cyber Vestis, использовались трибоэлектрический генератор, органический элемент Пельтье. Ученые предложили новое устройство для генерации электроэнергии из океанских волн с помощью трибоэлектрического эффекта. В его основе лежит трибоэлектрический генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток с помощью трибоэлектрического эффекта и электростатической индукции. Американские ученые показали, что трибоэлектрический эффект (появление электрических зарядов в материале из-за трения).
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов. Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения. Трибоэлектрический эффект заключается в возникновении статического заряда при трении различных материалов. Трибоэлектрический эффект – довольно интересное природное явление, заключающееся в том, что при трении двух материалов или веществ (например, с разной плотностью). В их технологии используется трибоэлектрический эффект, при котором определенные материалы производят электрический заряд от контакта с другими материалами.
Чжун Линь Ван: китайский ученый, совершивший прорыв в энергетике
При дальнейшем контакте и разделении создается статический заряд, который можно сохранить и сбалансировать через внешнюю цепь. Полученное гибкое устройство генерировал около 1 кВ и продолжало стабильно функционировать после 5000 циклов изгиба. Наилучшая конфигурация с электродами из композита из графитовой пены на полиимиде и алюминия обеспечивает напряжение выше 3,5 кВ с пиковой мощностью более 8 мВт. При испытании исследователи подключили полоску LIG к светодиодам, которые начинали светиться при ударах по устройству.
По словам изобретателей, все это можно масштабировать. Производить электричество можно везде. Это может быть даже флаг, который постоянно развивается на ветру и получает большое количество солнечной энергии.
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.
Один из них представляет собой разновидность нейлона, а другой называется поливинилиденфторид PVDF. 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.
Она генерирует энергию, когда человек двигается. Читайте «Хайтек» в Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Nano Energy, ученые создали новую трибоэлектрическую ткань. Она генерирует энергию от движений тела, сохраняя при этом гибкость и воздухопроницаемость современной одежды. Пока технология может питать только светодиодные фонари и калькуляторы, но, как отмечают авторы разработки, это шаг в будущее, где одежда человека будет заряжать носимые устройства. При создании новой мембраны ученые использовали трибоэлектрические наногенераторы TENG.