Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки. Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в полезную электрическую энергию. «Трибоэлектрический эффект — это давно известное явление, и в этом эффекте заряды генерируются, когда две поверхности находятся в трении.
'трибоэлектричество'
Например, учёные разработали особую одежду, которая вырабатывает электричество во время движения человека. Также создаются специальные генераторы, которые преобразуют механические колебания, например от ветра или дождя, в электрический ток. Такие устройства очень простые и экологичные - им не нужно ископаемое топливо.
Однако процесс идёт тем лучше, чем суше воздух, из-за чего, на первый взгляд, не очень понятно, как нечто подобное вообще может работать с... И всё-таки «она вертится», как доказали исследователи во главе с Чжунлинь Ваном Zhong Lin Wang из Технологического института Джорджии США , которые взяли и использовали названный эффект для получения электроэнергии из морских волн.
Трибоэлектрический микрогенератор эффективно работал лишь при сравнительно невысокой температуре воды. Иллюстрация Zhong Lin Wang et al. Сначала г-н Ван работал с привычным трибоэлектричеством, «обуздывая» взаимодействие двух твёрдых тел. Но затем, построив микрогенератор такого типа, задумался: кто сказал, что явление ограничивается лишь этим случаем?
Теоретически нечто подобное должно происходить и в жидкостях, и если трение двух твёрдых тел в микрогенераторе дало достаточно электричества для подзарядки мобильного телефона, то неужели жидкостное трение подкачает?..
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. Важно принимать во внимание и тот положительный эффект, который достигается с его помощью. Типичный пример использования его с пользой для человека — изучение энергетического спектра электронных ловушек, образующихся в твердом теле.
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.
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.
Что лежит в основе трибоэлектрического эффекта?
Блог компании Timeweb Cloud Научно-популярное Физика Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения разделения материалов после плотного контакта. Еще в античности Фалес натирал янтарную палочку мотком шерсти и примагничивал к палочке опилки и стружки. Советские дети тёрли об голову надутый воздушный шарик, а потом приклеивали его к потолку. С появлением оргтехники, бытовой электроники, упаковочного пенопласта и бинбэгов кресла-мешки в ход пошли котики. Так что мы знаем на данный момент про трибоэлектричество? Трибология — наука, раздел физики, занимающийся исследованием и описанием контактного взаимодействия твёрдых деформируемых тел при их относительном перемещении. Областью трибологических исследований являются процессы трения, изнашивания и смазки.
Трибоэлектричество - энергия, которой раньше пренебрегали Details Created on 08. Чистый и надёжный, свободный от геополитических рисков источник энергии уже сегодня находится в пределах досягаемости благодаря использованию трибоэлектрического эффекта.
Новый материал получил название fiber-TENG. Как отмечают специалисты, текстиль обладает гибкостью и включает три слоя: полимолочная кислота тип полиэстера, используемый в 3D-печати , восстановленный оксид графена доступный и распространенный тип графена и полипиррол полимер, широко используемый в электронике и медицине. В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов.
Одним из прототипов текущей системы был генерирующий энергию флаг. 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.
Трибоэлектрический эффект. Принцип действия и особенности
Явление, при котором два разнородных материала обмениваются зарядом при трении, принято называть “трибоэлектрическим эффектом”. А вот то, что из-за трения возникает электричество, которое называют «трибоэлектрическим эффектом», известно более двух тысяч лет. Операция прошла успешно, и трибоэлектрический эффект позволил питать имитатор мозгового имплантата: тот выдавал 60 электрических импульсов в секунду, как это требуется. Явление, при котором два разнородных материала обмениваются зарядом при трении, принято называть “трибоэлектрическим эффектом”.
Наномембрану для носимых генераторов разработали исследователи из Японии
Для создания проекта, который получил название Cyber Vestis, использовались трибоэлектрический генератор, органический элемент Пельтье. Использование трибоэлектрического эффекта в генераторах. Новая модель сердечного водителя ритма работает с помощью трибоэлектрического эффекта.
Что лежит в основе трибоэлектрического эффекта?
Советские дети тёрли об голову надутый воздушный шарик, а потом приклеивали его к потолку. С появлением оргтехники, бытовой электроники, упаковочного пенопласта и бинбэгов кресла-мешки в ход пошли котики. Так что мы знаем на данный момент про трибоэлектричество? Трибология — наука, раздел физики, занимающийся исследованием и описанием контактного взаимодействия твёрдых деформируемых тел при их относительном перемещении. Областью трибологических исследований являются процессы трения, изнашивания и смазки.
Трибоэлектрический эффект очень непредсказуем, и можно сделать лишь широкие обобщения. Всеобъемлющая теория электризации пока не построена, но выявлено много эмпирических закономерностей. Правило Коэна: материал с более высокой диэлектрической постоянной получает положительный заряд.
Шоу и Хенникер расширили серию за счет включения натуральных и синтетических полимеров и продемонстрировали изменение последовательности в зависимости от поверхности и условий окружающей среды. Списки несколько различаются по точному порядку некоторых материалов, поскольку относительный заряд для соседних материалов различается.
Фактические испытания показывают незначительную разницу в сродстве заряда между металлами или ее отсутствие, вероятно, потому, что быстрое движение электронов проводимости нивелирует такие различия. Другая серия трибоэлектрических сигналов, основанная на измерении плотности трибоэлектрического заряда материалов, была количественно стандартизирована группой профессора Чжун Линь Ванга. Плотность трибоэлектрического заряда тестируемых материалов измеряли по отношению к жидкому металлу в перчаточном боксе в четко определенных условиях, с фиксированными температурой, давлением и влажностью для достижения надежных значений. Предлагаемый метод стандартизирует экспериментальную установку для единообразного количественного определения поверхностной трибоэлектрификации общих материалов. После контакта между частями двух поверхностей образуется химическая связь, называемая адгезией , и заряды перемещаются от одного материала к другому, чтобы уравнять их электрохимический потенциал.
Это то, что создает чистый дисбаланс заряда между объектами. При разделении некоторые из связанных атомов имеют тенденцию удерживать лишние электроны, а некоторые - отдавать их, хотя дисбаланс будет частично нарушен туннелированием или электрическим пробоем обычно коронный разряд. Кроме того, некоторые материалы могут обмениваться ионами разной подвижности или обмениваться заряженными фрагментами более крупных молекул. Трибоэлектрический эффект связан с трением только потому, что они оба связаны с адгезией. Однако эффект значительно усиливается за счет трения материалов друг о друга, поскольку они много раз соприкасаются и разделяются.
Для поверхностей с разной геометрией трение также может привести к нагреву выступов, вызывая пироэлектрик разделение зарядов, которое может добавить к существующей контактной электрификации или может противоречить существующей полярности. Поверхностные наноэффекты недостаточно изучены, и атомно-силовой микроскоп позволил добиться быстрого прогресса в этой области физики. Искры Поскольку поверхность материала теперь электрически заряжена, отрицательно или положительно, любой контакт с незаряженным проводящим объектом или с объектом, имеющим существенно другой заряд, может вызвать электрический разряд накопленное статическое электричество : искра. Человек, просто идущий по ковру, снимая нейлоновую рубашку или трясь об автокресло, также может создать разность потенциалов в несколько тысяч вольт, чего достаточно, чтобы вызвать искру длиной один миллиметр или более.
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.
В этом конкретном устройстве, тонкий слой пористого губчатого материала втиснут между парой полос 38 на 76 мм, сделанных из двух разных полимеров. Обе полоски покрыты проводящими чернилами, а губка создает между ними воздушный зазор. Все это заклеено водонепроницаемой лентой. Когда разработанный TENG изгибается вперед и назад даже при относительно слабом подводном течении, две полимерные полоски тискаются благодаря губке, периодически входя и выходя из контакта друг с другом, создавая при этом электрический ток. В ходе испытаний в резервуаре с волнами было показано, что несколько трибоэлектрических наногенераторов можно использовать для непрерывного питания таких устройств, как морские датчики окружающей среды, что устраняет необходимость в замене батарей.
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
В будущем благодаря новой технологии можно будет создавать носимые электронные устройства, которые будут встроены в предметы гардероба. С их помощью станет возможным отслеживать биологические показатели для оценки риска возрастных заболеваний и контролировать показатели здоровья, в том числе выявлять патогенные микроорганизмы.
Так в итоге и оказалось. 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.
Если прикрепить электроды и провода к таким противоположно заряженным структурам, то образовавшийся ток способен зарядить некоторые виды устройств. ТЭНГ представляет из себя сферу небольшого размера, энергии которой достаточно, чтобы зажечь небольшую светодиодную лампочку Команда ученых-исследователей провела несколько экспериментов, в ходе которых выяснилось, что если поместить сетку из 1000 сфер в океан, то сгенерированной энергии будет достаточно, для работы стандартной лампочки. Таким образом, сетка размером примерно 500 метров способна генерировать энергию для небольшого города. Ученые не хотят останавливаться на достигнутых результатах и планируют создать матрицу из генерирующих сфер, площадью примерно равную штату Джорджия. 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.
Оба слоя покрыты серебряными нанопроводами, которые дополнительно усилены электропряденым полистиролом. При ношении ткани механическая энергия движения тела при ходьбе или беге преобразуется в электрическую, которую можно использовать для питания электронных устройств. При этом, ученым, которые разработали новую трибоэлектрическую ткань удалось сделать ее использование более комфортным, сделав ее гибкой и воздухопроницаемой. Ее практически не отличить от обычной. Читать далее.
Новый наногенератор собирает энергию от колес автомобиля во время движения
| Ученые научились получать электричество из человека | Статья автора «Naked Science» в Дзене: Трибоэлектрический эффект позволит создать имплантаты, которые не нуждаются в замене батарей. |
| Трибоэлектрический эффект и наногенераторы TENG | В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов. |
| Создано устройство, восстанавливающее тактильные ощущения | субатомные частицы, переносящие электричество в твердых телах, - могут переходить от одного объекта к другому, генерируя. |
| Ученые разработали деревянный пол, вырабатывающий электричество от шагов | Трибоэлектрическим эффектом называют явление возникновения электрических зарядов у некоторых материалов при их трении друг о друга. |
Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect
Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию. Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки. В его основе лежит эффект Бернулли, который позволил стабилизировать колебания двух гибких полосок на ветру. Трибоэлектрические наногенераторы преобразуют механические движения в электричество и способны вырабатывать электроэнергию из любых видов микроколебаний. Трибоэлектрический эффект. Появление электрических зарядов в материале из-за трения.
НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ
Трибоэлектрический эффект как физическое явление не обладает ярко выраженными признаками, что объясняется низкой плотностью образующихся при трении зарядов. While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details. Трибоэлектрический эффект заключается в возникновении статического заряда при трении различных материалов.