Трибоэлектрический кабель использует трибоэлектрический эффект – генерацию сигнала в случае его деформации. Использование трибоэлектрического эффекта в генераторах. Трибоэлектрические генераторы могут дополнить наногенераторы, которые используют пьезоэлектрический эффект для создания тока путем сгибания нанопроводов из оксида цинка.
'трибоэлектричество'
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. Генератор состоит из никель-ванадиевого композита на углеродной ткани и полимерного слоя из полидиметилсилоксана.
В 2012 году командой ученых был разработан первый трибоэлектрический наногенератор ТЭНГ. ТЭНГ имеет аналогичный принцип работы, что и статическое электричество: два противоположных по своей структуре материала обмениваются энергией и накапливают в себе противоположные заряды. 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.
Их покрыли микроскопическими желобами, которые по-особому реагируют на падающие капли, при этом нижний слой выступает в роли электрода как для TENG, так и для самих фотоэлементов. Читайте также: Разработана новая технология сверхбыстрой 3D-печати мебели видео Поскольку полимеры абсолютно прозрачны, солнечный свет без помех проходит сквозь них и попадает на фотоэлементы, которые вырабатывают дополнительную энергию от ударов дождевых капель. Ученые отмечает, что эта простая концепция демонстрирует новые, более эффективные способы сбора энергии в самых неблагоприятных погодных условиях.
Полученная дополнительная электроэнергия относительно невелика, но она доказывает жизнеспособность подобных устройств и возможный потенциал дальнейших исследований.
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 настоящее время ведутся работы по добавлению металлов в такие волокна для улучшения электростатического потенциала и способности удерживать заряд.
Новая ткань генерирует энергию от движений тела, но ее не отличить от обычной
| Трибоэлектрический генератор | На практике обычно стремятся исключить последствия трибоэлектрического эффекта и избавиться от контактного заряда. |
| В Солнечной системе нашли электрическую луну | Трибоэлектрический наногенератор, использующий эффект Бернулли для поглощения энергии ветра, Cell Reports Physical Science, онлайн 23 сентября 2020 г.; DOI: 10.1016. |
| Трибоэлектрический эффект - Телеканал "Наука" | Трибоэлектрические периметральные средства обнаружения явно не исчерпали своих возможностей. |
Российские учёные научили "бархатные тяги" вырабатывать энергию
Трибоэлектрические генераторы могут дополнить наногенераторы, которые используют пьезоэлектрический эффект для создания тока путем сгибания нанопроводов из оксида цинка. С помощью трибоэлектрического эффекта солнечная панель производит энергию от движения капель дождя по своей поверхности. «Трибоэлектрический эффект — это давно известное явление, и в этом эффекте заряды генерируются, когда две поверхности находятся в трении. Трибоэлектрический генератор, способный эффективно извлекать электроэнергию из любого движения. Например, если прикрепить его к машине, едущей по трассе, то электричество будет вырабатываться уже за счет трибоэлектрического эффекта. В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов.
Учёные научились получать энергию из дождя
Внешняя поверхность цилиндра меньшего размера и внутренняя часть большего покрываются двумя разными материалами — искусственным мехом и фторированным этилен-пропиленом, аналогом тефлона. Меньший цилиндр свободно вращается внутри большого под действием морских волн, поверхности соприкасаются и создают статическое электричество, которое может быть собрано электродами. Он преобразует одно медленное колебание волны в несколько более мелких вращений для достижения большего трибоэлектрического эффекта. Таким образом, никогда не прекращающееся океанское волнение может стать источником энергии для различного исследовательского оборудования.
Самая высокая стоимость из всех кабельных сенсоров. Некоторая чувствительность к наводкам и помехам, на конце сенсорного кабеля устанавливается оконечный резистор номиналом 100kOм. Рекомендуемая длина одной зоны — не более 200 метров. Волоконно — оптические сенсоры. Волоконно-оптические кабели, используемые обычно для передачи информации в телекоммуникациях, научились применять и в качестве вибрационного сенсора. Известно достаточно много производителей, которые используют в качестве сенсора оптический кабель, среди них и российская система «Ворон» и её прототипы Грифон, Грикон, и многие рубежные системы, например, IntelliField, канадской фирмы Senstar — Stellar, целая серия анализаторов американской компании Fiber Sen Sys, английской фирмы Remsdag, израильской компании Magal и др. Для анализа сигналов с сенсоре используется большое число разных принципов: метод регистрации межмодовой интерференции, принцип двухлучевой интерферометрии, эффект изменения распределения излучения по поперечному сечению при деформации волокна. Для примера на рисунке показано, что при воздействии на оптоволокно вибраций в точке А возникает сила F, которая приводит к деформации оптоволокна. Луч 2, отразившись от стенки в точке А, падает на противоположную стенку под меньшим углом падения, что производит расщепление луча и его неполное отражение от противоположной стенки оптического стекла. Часть его энергии выходит за пределы волокна и теряется. В результате наблюдается ослабление выходного сигнала, что и фиксируется анализатором. Плюсы оптического сенсора — невосприимчивость к любым электромагнитным и радиочастотным помехам; возможность блокирования ограждений особо протяженных периметров. Достоинством является отсутствие излучений электромагнитной энергии от сенсора, что затрудняет обнаружение его с помощью поисковой техники, а также полная электробезопасность. Волоконно — оптические сенсоры в виде плетеной сетки, применяют как сеточное заграждение для водной среды по защиты причалов, стоящих судов. Минусы оптического сенсора — определенная сложность процедуры сращивания при обрыве, хотя в последнее время появились технологии позволяющие проводить данную работу в полевых условиях без непосредственной сварки оптического волокна. Обеспечение блокирования в основном гибких заграждений. Электромагнитный сенсор. Первично конструкция электромагнитного сенсора была разработана и запатентована еще в середине 80 — х годов прошлого века фирмой Geoquip Великобритания и предназначалась для обнаружения вибраций заграждений созданных как из «мягких», так и «жестких» оград. Эффективность этого сенсора подтверждена многими инсталляциями, как во всем мире, так и на Украине, невзирая на высокую стоимость кабеля английского производства. В сенсоре применен полимерный магнитопласт в виде сердечника круглого сечения, который подвергается намагничиванию в момент производства. Кабель содержит два подвижных проводника, расположенных во внутренних зазорах магнитопласта. Проводники обладают возможностью свободно передвигаться при внешних воздействиях в зазорах с магнитным полем. При перемещении или вибрациях кабеля в проводниках индуцируется напряжение ЭДС подобно тому, как это происходит в обычных электромагнитных микрофонах. Поэтому данный сенсор специалисты по перимеру часто называют микрофонным кабелем, хотя существуют целый ряд специальных микрофонных кабелей, которые штатно применяются для передачи сигналов от микрофонов к усилителям звуковых сигналов. Оконечные сопротивления для такого сенсора не превышают нескольких kOm и соответственно, кабель маловосприимчив к внешним наводкам. Историческим примером, с более 20 летней историей, является электромагнитный сенсор GW400k серии Guardwire, выпускаемый компанией Geoquip Великобритания. Он применяется для блокирования оград из металлической сетки, тонкой сварной решетки, колючей проволоки, деревянных оград.
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 настоящее время ведутся работы по добавлению металлов в такие волокна для улучшения электростатического потенциала и способности удерживать заряд. В недавнем исследовании, информация о котором опубликована в журнале Nano Energ y, ученые из японского университета Фукуи и Нанкинского университета Китай , разработали цельноволокнистый композитный слой TENG AF-TENG , который может быть легко интегрирован с обычной тканью. Эти слои покрыты серебряными нанопроволоками.
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. It has recently been suggested that flexoelectricity may be very important [61] in triboelectricity as it occurs in all insulators and semiconductors.
Необычный волновой генератор сгенерирует электричество трением искусственного меха
В трибоэлектрических наногенераторах (TENG) используется этот эффект для преобразования механического движения в электрическую энергию. Принцип работы ткани основывается на трибоэлектрическом эффекте, известным по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов. Трибоэлектрический эффект. Поиск. Смотреть позже. В его основе лежит трибоэлектрический генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток с помощью трибоэлектрического эффекта и электростатической индукции. Трибоэлектрический эффект знаком всем и каждому: попробуйте потереть расчёской о волосы, и вы немедленно заметите, что поверхность одного из этих «материалов» довольно сильно.
Автономный кардиостимулятор проверили на свиньях
В связи с этим исследователи из Пекинского института наноэнергетики и систем Китайской академии наук разработали «микроветровую турбину», которая может собирать энергию от очень слабого ветра, подобного тому, который создается при ходьбе. Генерация энергии ветра Технически это новое устройство не турбина, а наногенератор, состоящий из двух фторполимерных лент внутри трубки. Когда есть поток воздуха, эти фторопластовые ленты вибрируют и касаются друг друга. Так же, как при трении воздушного шара о волосы, эти две пленки после разделения и соприкосновения заряжаются. Это явление называется трибоэлектрическим эффектом. Электрическая энергия, генерируемая двумя пластиковыми лентами, будет улавливаться и сохраняться. Результаты показывают, что для привода этого трибоэлектрического наногенератора достаточно скорости ветра 1,6 метра в секунду.
TENG используют трибоэлектрический эффект - явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала, с которым он контактировал. Это то, что отвечает за статический заряд, который возникает, когда вы расчесываете волосы. 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.
Механические напряжения или вибрации кабеля вызывают перераспределение зарядов в пьезоэлектрическом полимере, в результате чего возникает переменное напряжение между центральным проводником и медной оплеткой. Возникающий между электродами кабеля электрический сигнал обрабатывается Анализатором. Плюсы пьезоэлектрических кабелей. Получение от сенсора качественного сигнала с возможностью акустического контроля и звуковой идентификации вторжение. Возможность использования как сенсор для блокирования зоны со скрытой подземной установкой. Самая высокая стоимость из всех кабельных сенсоров. Некоторая чувствительность к наводкам и помехам, на конце сенсорного кабеля устанавливается оконечный резистор номиналом 100kOм. Рекомендуемая длина одной зоны — не более 200 метров. Волоконно — оптические сенсоры. Волоконно-оптические кабели, используемые обычно для передачи информации в телекоммуникациях, научились применять и в качестве вибрационного сенсора. Известно достаточно много производителей, которые используют в качестве сенсора оптический кабель, среди них и российская система «Ворон» и её прототипы Грифон, Грикон, и многие рубежные системы, например, IntelliField, канадской фирмы Senstar — Stellar, целая серия анализаторов американской компании Fiber Sen Sys, английской фирмы Remsdag, израильской компании Magal и др. Для анализа сигналов с сенсоре используется большое число разных принципов: метод регистрации межмодовой интерференции, принцип двухлучевой интерферометрии, эффект изменения распределения излучения по поперечному сечению при деформации волокна. Для примера на рисунке показано, что при воздействии на оптоволокно вибраций в точке А возникает сила F, которая приводит к деформации оптоволокна. Луч 2, отразившись от стенки в точке А, падает на противоположную стенку под меньшим углом падения, что производит расщепление луча и его неполное отражение от противоположной стенки оптического стекла. Часть его энергии выходит за пределы волокна и теряется. В результате наблюдается ослабление выходного сигнала, что и фиксируется анализатором. Плюсы оптического сенсора — невосприимчивость к любым электромагнитным и радиочастотным помехам; возможность блокирования ограждений особо протяженных периметров. Достоинством является отсутствие излучений электромагнитной энергии от сенсора, что затрудняет обнаружение его с помощью поисковой техники, а также полная электробезопасность. Волоконно — оптические сенсоры в виде плетеной сетки, применяют как сеточное заграждение для водной среды по защиты причалов, стоящих судов. Минусы оптического сенсора — определенная сложность процедуры сращивания при обрыве, хотя в последнее время появились технологии позволяющие проводить данную работу в полевых условиях без непосредственной сварки оптического волокна. Обеспечение блокирования в основном гибких заграждений. Электромагнитный сенсор. Первично конструкция электромагнитного сенсора была разработана и запатентована еще в середине 80 — х годов прошлого века фирмой Geoquip Великобритания и предназначалась для обнаружения вибраций заграждений созданных как из «мягких», так и «жестких» оград. Эффективность этого сенсора подтверждена многими инсталляциями, как во всем мире, так и на Украине, невзирая на высокую стоимость кабеля английского производства. В сенсоре применен полимерный магнитопласт в виде сердечника круглого сечения, который подвергается намагничиванию в момент производства. Кабель содержит два подвижных проводника, расположенных во внутренних зазорах магнитопласта. Проводники обладают возможностью свободно передвигаться при внешних воздействиях в зазорах с магнитным полем.
Исследователи из Технологического института Джорджии заявили, что они построили прототип простого устройства, преобразующего старт-стопное движение в энергию. По их словам, волны, ходьба и танцы, даже ливень или клавиши компьютера в один прекрасный день могут быть использованы для управления датчиками, мобильными гаджетами и даже генераторами энергии.
Новости отрасли
Трибоэлектрические наногенераторы используют этот эффект для преобразования механического движения в полезную электрическую энергию. Инженеры Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США построили генератор, работающий на трибоэлектрическом эффекте. Трибоэлектрической эффект обусловлен трением между проводником и изолятором, вследствие чего возникает электрический заряд. Трибоэлектрический наногенератор, использующий эффект Бернулли для поглощения энергии ветра, Cell Reports Physical Science, онлайн 23 сентября 2020 г.; DOI: 10.1016. Трибоэлектрический эффект — это процесс перетекания электрического заряда с одного материала на поверхность другого при их контакте друг с другом. Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки.
Шум преампа. Формула Фрииса. Трибоэлектрический эффект
Трибоэлектрические наногенераторы, позволяющие преобразовывать в электричество энергию человеческого тела, могут найти самое широкое применение. Явление, при котором два разнородных материала обмениваются зарядом при трении, принято называть “трибоэлектрическим эффектом”. Исследователи полагают, что золото не является ключом к эффективности электрогенератора нового типа – в принципе, в трибоэлектрическом генераторе может работать любой металл. Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения.
Новая ткань генерирует энергию от движений тела, но ее не отличить от обычной
Идея устройств, заряжающихся от движения не нова, но использование материала, разработанного учеными из Университета Райса, делает их более практичными. Команда использовала графеновую пену LIG , полученную путем нагревания углеродосодержащих веществ на поверхности полимера или другой основы с помощью лазера. Сначала хлопья двумерного углерода были созданы на обычном полиимиде, но затем проводились эксперименты с древесиной, обработанной бумагой, другими растительными материалами и продуктами питания. Для обеспечения гибкости LIG из трибоотрицательного полиимида, на него распылили полиуретан, который выполняет роль защитного покрытия и трибоположительного материала.
The triboelectric effect can be unpredictable because many details are often not controlled. 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.
Это произошло только в последнее время.
Кхаре и его команда с факультета нанотехнологий ИИТ Дели работали над получением электрической энергии из механических вибраций, которые могут быть потрачены впустую, с использованием трибоэлектрического эффекта. Группа подала индийский патент на различные аспекты использования сегнетоэлектрического полимера для сбора механической энергии, включая настоящее устройство.
Степень электризации трущихся друг о друга тел тем значительнее, чем обширнее площади их поверхностей. Пыль, трущаяся о поверхность тела, от которого она отделилась стекло, мрамор, снежная пыль и т. Когда порошок просеивают сквозь сито частички порошка также заряжаются.
Объяснить трибоэлектрический эффект у твердых тел можно следующим образом. 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 и наногенераторы TENG
Явление полностью основанно на микро-пьезо эффекте с переносом заряда на противоположно или менее заряженный при пьезо поляризации материал. Трибоэлектрический эффект — это процесс перетекания электрического заряда с одного материала на поверхность другого при их контакте друг с другом. явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала.