Трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движений кошки.
'трибоэлектричество'
While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details. В основе работы нового материала лежит трибоэлектрический эффект, который известен по появлению статического электричества после соприкосновения определенных материалов. Для создания проекта, который получил название Cyber Vestis, использовались трибоэлектрический генератор, органический элемент Пельтье. Трибоэлектрический эффект. Поиск. Смотреть позже. В их технологии используется трибоэлектрический эффект, при котором определенные материалы производят электрический заряд от контакта с другими материалами.
Трибоэлектрический эффект. Принцип действия и особенности
Трибоэлектрический эффект — это электрическое явление, которое заключается в переносе электрических зарядов и, следовательно, в генерации напряжения между различными. Поскольку трибоэлектрический эффект в основном определяется электронными и электромеханическими свойствами поверхности полупроводника. Новая модель сердечного водителя ритма работает с помощью трибоэлектрического эффекта.
В Китае создали ткань, заряжающуюся от движения
Ученые предполагают, что такая их геометрия связана с трибоэлектрическим эффектом возникновением электрических сил притяжения между трущимися друг о друга углеводородными частицами, образующими дюны. По их мнению, верхние слои атмосферы уже на высоте выше пяти километров от поверхности спутника вращаются в восточном направлении быстрее его нижележащих частей. Поэтому появляются редкие, но сильные нисходящие потоки. Достигая поверхности Титана, эти потоки вызывают ветра в направлении с востока на запад и метановые бури, которые перестраивают дюны.
Эта эмпирическая закономерность называется правилом Коэна и относится главным образом к диэлектрикам. При трении друг о друга пары химически одинаковых диэлектриков положительный заряд получит более плотный из них. У жидких диэлектриков положительно заряженным окажется вещество с большей диэлектрической проницаемостью или большим поверхностным натяжением. Металлы же при трении о поверхность диэлектрика могут электризоваться как положительно, так и отрицательно. 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.
Исследователи обнаружили, что трибоэлектрический наногенератор, сделанный из радиально обрезанной ели, обычной древесины для строительства в Европе, показал наилучшие результаты. Вместе эти обработки повысили производительность трибоэлектрического наногенератора - он генерировал в 80 раз больше электроэнергии, чем натуральное дерево. Электроэнергия устройства была стабильной при постоянных нагрузках до 1500 циклов. Исследователи обнаружили, что прототип деревянного пола с площадью поверхности немного меньше листа бумаги может производить достаточно энергии для питания бытовых светодиодных ламп и небольших электронных устройств. Они успешно зажгли лампочку с помощью прототипа, когда взрослый человек прошел по нему, превратив шаги в электричество. По словам разработчиков, наногенератор также сохраняет свойства, которые делают древесину полезной для дизайна интерьера, в том числе механическую прочность и теплые цвета. Эти особенности могут способствовать использованию древесных наногенераторов в качестве источников зеленой энергии в умных зданиях. Они также говорят, что деревянные конструкции могут помочь смягчить последствия изменения климата, улавливая CO2 из окружающей среды на протяжении всего срока службы материала.
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. Способ заключается в том, чтобы возбуждать наногенераторную систему в направлении наиболее высокой и стабильной выходной мощности, как это обычно осуществляется применительно к традиционным индукционным генераторам с магнитным возбуждением. В совокупности с грамотно разработанными схемами умножения получаемого напряжения, система с внешним самозарядным возбуждением способна показать плотность заряда более чем в 1,25 мКл на квадратный метр. Напомним, что получаемая электрическая мощность пропорциональна квадрату данной величины. Разработка ученых открывает реальную перспективу для создания в ближайшем будущем практичных и высокопроизводительных трибоэлектрических наногенераторов TENG, ТЭНГ для зарядки портативной электроники энергией, получаемой по сути от повседневных механических движений тела человека.
Ученые нашли самый обильный источник возобновляемой энергии
явление, при котором электрический заряд накапливается в одном материале после того, как он отделился от другого материала. Китайские ученые разработали ткань, которая использует трибоэлектрический эффект. Трибоэлектрический эффект как физическое явление не обладает ярко выраженными признаками, что объясняется низкой плотностью образующихся при трении зарядов. Ученые из Технологического института Джорджии заявили о создании эффективного и надежного трибоэлектрического генератора. Новая модель сердечного водителя ритма работает с помощью трибоэлектрического эффекта.
Учёные научились получать энергию из дождя
Для создания проекта, который получил название Cyber Vestis, использовались трибоэлектрический генератор, органический элемент Пельтье, коннекторы и гибкие аккумуляторы. Для этого разработан прототип, который будет тщательно тестироваться", — отметил в беседе с газетой "Петербургский дневник" один из авторов разработки.
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. Это ухудшает адаптируемость средства к особенностям климата и заграждения периметра, модели нарушителя и т. Современные средства, разработанные с использованием мощных микроконтроллеров, позволяют реализовывать эффективные многопараметрические алгоритмы обработки информации.
В результате этого явления может произойти слипание частиц и увеличение их размера, что резко снижает просеиваемость.
Кроме того, просеиваемый материал может принять противоположный по сравнению с ситом заряд. В этом случае будет происходить взаимное отталкивание сетки и материала и просеивание резко замедлится. Поэтому при просеивании необходимо каким -то образом снимать возникающие на сите и в материале заряды. Если электрически нейтральную частицу одного минерала привести в соприкосновение с электрически нейтральной частицей другого минерала или с поверхностью какого-либо материала и затем прервать контакт, разъединив их, на обеих соприкасающихся поверхностях возникнут различные по знаку электрические заряды.
Поскольку площадь контакта частиц мала , образующийся заряд невелик. При многократном повторении указанного элементарного акта и при условии, что этот контакт осуществляется каждый раз новыми участками поверхности скорость утечки зарядов с частиц невелика , удается создать плотность поверхностного заряда , достаточную для сепарации в электростатическом поле высокой напряженности.
Правило Коэна получило подтверждение более чем для 400 веществ. Полярность и сила создаваемых зарядов различаются в зависимости от материалов, шероховатости поверхности, температуры, деформации и других свойств.
Опытным путем были найдены трибоэлектрические ряды впервые Иоганом Вильке в 1757 : вещество, расположенное в верхней части ряда при контакте будет заряжено положительно, а то что ниже — будет заряжено отрицательно. Некоторые из рядов представлены в таблице: Существует и трибоэлектрическое кольцо: в паре шёлк-стекло стекло заряжается отрицательно, в паре стекло-цинк отрицательно заряжается цинк, в паре цинк-шёлк отрицательно заряжается шёлк. Человек, идущий по ковру или снимающий нейлоновую рубашку или ёрзающий в автокресле, может создать разность потенциалов в несколько тысяч вольт, чего достаточно, чтобы вызвать искру длиной один миллиметр или более. Электростатический разряд может не проявляться во влажном климате, поскольку поверхностная конденсация обычно предотвращает трибоэлектрический заряд, а повышенная влажность увеличивает электропроводность воздуха.
Самолет в полёте «трётся» о воздух и накапливает трибоэлектрический заряд.
Трибоэлектрический генератор
Он работает по-прежнему хорошо даже после 500 сгибаний. Выработка электричества прекращается, если материал намокает, но, если его высушить, генерация возобновляется. Цонг Лин Ванг с коллегами уже несколько лет подряд работают над созданием портативного источника электричества, основой которых являются системы преобразования механической энергию в электрическую. 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.
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. Когда скорость ветра составляет от 4 до 8 метров в секунду производительность наногенератора является наилучшей. Эта скорость позволяет двум пленкам колебаться синхронно. В настоящее время оборудование исследовательской группы может питать 100 светодиодных ламп и датчиков температуры.
Еще в Древней Греции заметили, что если потереть кусочек янтаря о шерсть животного, то он начнет притягивать мелкие частицы и пыль. Именно оно вдохновило ученых на поиски способа сбора статической энергии из океана, воздуха и даже движения нашего тела.
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.
Статическое электричество может стать спасением человечества от энергетического кризиса Как работает трибоэлектрический наногенератор? Еще в Древней Греции заметили, что если потереть кусочек янтаря о шерсть животного, то он начнет притягивать мелкие частицы и пыль. Именно оно вдохновило ученых на поиски способа сбора статической энергии из океана, воздуха и даже движения нашего тела. 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.
Создано устройство, восстанавливающее тактильные ощущения
Носители заряда электроны согласно основному электрическому закону перемещаются от точек с более высоким потенциалом в сторону меньшего. У полупроводников и металлов эффект объясняется перемещением электронов от материала с меньшей степенью связи к тому предмету, в котором созданы условия для образования новых свободных частиц. Например, при трении диэлектриков они появляются за счет взаимного перемещения электронов и ионов. 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.
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. Ученые установили, что fiber-TENG способен хранить в себе высокую плотность энергии и сохранять длительную стабильность в течение множественных циклов зарядки и разрядки.
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. Когда скорость ветра составляет от 4 до 8 метров в секунду производительность наногенератора является наилучшей. Эта скорость позволяет двум пленкам колебаться синхронно.
Теперь они намерены разработать изоляцию, которая защитит электрические компоненты от влаги. Структура нового материала. Трибоэлектрический эффект — это процесс перетекания электрического заряда с одного материала на поверхность другого при их контакте друг с другом. Он является одним из видов так называемой «контактной электрификации», когда одно тело, имеющее заряд, электризует другое, передавая ему это заряд. К примеру, янтарь или эбонит может получить электрический заряд при непосредственном контакте трении с шерстью. Подобные процессы происходят при взаимодействии стекла и шёлка, резины и меха, целлофана и поливинилхлорида.
Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect
| Справочник химика 21 | While many aspects of the triboelectric effect are now understood and extensively documented, significant disagreements remain in the current literature about the underlying details. |
| Наномембрану для носимых генераторов разработали исследователи из Японии | Операция прошла успешно, и трибоэлектрический эффект позволил питать имитатор мозгового имплантата: тот выдавал 60 электрических импульсов в секунду, как это требуется. |
Новости отрасли
| Трибоэлектрический эффект — Карта знаний | Трибоэлектрический эффект. Появление электрических зарядов в материале из-за трения. |
| Энергособирающий наногенератор, вдохновленный колышущимися водорослями. | На практике обычно стремятся исключить последствия трибоэлектрического эффекта и избавиться от контактного заряда. |
| ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАШИТЫ ПЕРИМЕТРА. ПРОГНОЗ НА ЗАВТРА | А вот то, что из-за трения возникает электричество, которое называют «трибоэлектрическим эффектом», известно более двух тысяч лет. |
| Падающий снег научились превращать в электричество | Благодаря трибоэлектрическому эффекту, материалы собирают заряд, образующийся в результате их соединения/разъединения, который затем передают через контакт. |
| Трибоэлектрический эффект - Triboelectric effect | Статья автора «Naked Science» в Дзене: Трибоэлектрический эффект позволит создать имплантаты, которые не нуждаются в замене батарей. |