211service.com
Jak tarcie może kiedyś naładować Twój telefon komórkowy?
Zjawisko, które powoduje bolesny szok, gdy dotkniesz metalu po przeciągnięciu butów po dywanie, może pewnego dnia zostać wykorzystane do naładowania elektroniki osobistej.
Naukowcy z Georgia Tech stworzyli urządzenie, które wykorzystuje elektryczność statyczną do przekształcania ruchu — na przykład telefonu podskakującego w kieszeni — w energię wystarczającą do naładowania baterii telefonu komórkowego. Jest to pierwszy dowód na to, że tego rodzaju materiały mają wystarczającą moc do zasilania elektroniki osobistej.
Nadmiar energii wytwarzany podczas chodzenia, wiercenia się, a nawet oddychania może teoretycznie zostać wykorzystany do zasilania implantów medycznych i innej elektroniki. Jednak wykorzystanie energii w tych małych ruchach jest wyzwaniem.
Zhong Lin Wang , profesor materiałoznawstwa w Georgia Tech, pracuje nad tym problemem od kilku lat, skupiając się głównie na materiałach piezoelektrycznych, które generują napięcie elektryczne pod obciążeniem mechanicznym (patrz Harnessing Hamster Power with a Nanogenerator ). Wang i inni wzmocnili efekt piezoelektryczny, wytwarzając materiały ustrukturyzowane w nanoskali. Jak dotąd jednak nanogeneratory piezoelektryczne nie miały imponującej mocy wyjściowej.
Teraz grupa Wanga wykazała, że inne podejście może być bardziej obiecujące: elektryczność statyczna i tarcie. To jest efekt w pracy, kiedy przeczesujesz włosy plastikowym grzebieniem w suchy dzień i on stoi na włosach. Naukowcy z Georgia Tech wykazali, że to zjawisko ładunku statycznego, zwane efektem tryboelektrycznym, można wykorzystać do wytwarzania energii przy użyciu pewnego rodzaju plastiku, politereftalanu etylenu i metalu. Kiedy cienkie warstwy tych materiałów stykają się ze sobą, ładują się. A kiedy obie folie są zginane, przepływa między nimi prąd, który można wykorzystać do naładowania akumulatora. Kiedy dwie powierzchnie są ukształtowane za pomocą struktur w nanoskali, ich powierzchnia jest znacznie większa, podobnie jak tarcie między materiałami – i moc, którą mogą wytwarzać.
Nanogenerator Georgia Tech może przekształcić 10 do 15 procent energii w ruchach mechanicznych w energię elektryczną, a cieńsze materiały powinny być w stanie przekształcić nawet 40 procent, mówi Wang. Kwadrat z tryboelektrycznego nanomateriału wielkości paznokcia może po zgięciu wytworzyć osiem miliwatów, wystarczającą do uruchomienia rozrusznika serca. Plaster o wymiarach pięć na pięć centymetrów może jednocześnie zapalić 600 diod LED lub naładować baterię litowo-jonową, która następnie może zasilać komercyjny telefon komórkowy. Grupa Wanga opisała te wyniki online w czasopiśmie Litery nano .
Wybór materiałów jest szeroki, a wykonanie urządzenia łatwe, mówi Wang. Do wykonania tego typu urządzenia można sparować dowolny z około 50 popularnych tworzyw sztucznych, metali i innych materiałów.
Jestem pod wrażeniem gęstości mocy tutaj, mówi Shashank Priya , dyrektor Center for Energy Harvesting Materials and Systems w Virginia Tech. Inne inteligentne materiały nie zapewniają wystarczającej mocy do praktycznych zastosowań, mówi.
Czy nowy nanogenerator będzie działał poza laboratorium, dopiero się okaże. Muszą wykazać, że może to generować energię z wibracji mechanicznych w prawdziwym życiu, mówi Jiangyu Li , profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle. Aby pracować w prawdziwym świecie, pochłaniacz energii będzie musiał wychwytywać częstotliwości wibracyjne, które dostarczają najwięcej energii. Priya zauważa, że nanogenerator, który może wychwytywać tylko niskoenergetyczne wibracje mechaniczne, zajęłoby zbyt dużo czasu, aby naładować telefon komórkowy. Wang mówi, że prowadzi rozmowy z firmami na temat opracowania pochłaniacza energii do konkretnych zastosowań i przewiduje, że można go nosić na opasce.