211service.com
Hur friktion en dag kan ladda din mobiltelefon
Fenomenet som orsakar en smärtsam chock när du rör metall efter att ha släpat dina skor på mattan skulle en dag kunna utnyttjas för att ladda personlig elektronik.
Forskare vid Georgia Tech har skapat en enhet som utnyttjar statisk elektricitet för att omvandla rörelser – som en telefon som studsar runt i fickan – till tillräckligt med ström för att ladda ett mobiltelefonbatteri. Det är den första demonstrationen att den här typen av material har tillräckligt med kraft för att driva personlig elektronik.
Överskottsenergi som produceras när du går, pirrar eller till och med andas kan i teorin tas upp för att driva medicinska implantat och annan elektronik. Men att utnyttja energin i dessa små rörelser är utmanande.
Zhong Lin Wang , professor i materialvetenskap vid Georgia Tech, har arbetat med problemet i flera år, mestadels fokuserat på piezoelektriska material som genererar en elektrisk spänning under mekanisk påfrestning (se Utnyttja hamsterkraft med en nanogenerator). Wang och andra har förstärkt den piezoelektriska effekten genom att göra material strukturerade i nanoskala. Än så länge har piezoelektriska nanogeneratorer inte haft särskilt imponerande effekt.
Nu har Wangs grupp visat att ett annat tillvägagångssätt kan vara mer lovande: statisk elektricitet och friktion. Detta är effekten på jobbet när du kör en plastkam genom håret en torr dag, och den står på ända. Georgia Tech-forskarna visade att detta statiska laddningsfenomen, som kallas den triboelektriska effekten, kan utnyttjas för att producera kraft med en typ av plast, polyetentereftalat och en metall. När tunna filmer av dessa material kommer i kontakt med varandra blir de laddade. Och när de två filmerna böjs flyter en ström mellan dem, som kan utnyttjas för att ladda ett batteri. När de två ytorna är mönstrade med strukturer i nanoskala är deras ytarea mycket större, och så är friktionen mellan materialen - och kraften de kan producera.
Georgia Tech nanogeneratorn kan omvandla 10 till 15 procent av energin i mekaniska rörelser till elektricitet, och tunnare material borde kunna omvandla så mycket som 40 procent, säger Wang. En nagelstor kvadrat av det triboelektriska nanomaterialet kan producera åtta milliwatt när det böjs, tillräckligt med kraft för att köra en pacemaker. En patch som är fem gånger fem centimeter kan tända 600 lysdioder på en gång, eller ladda ett litiumjonbatteri som sedan kan driva en kommersiell mobiltelefon. Wangs grupp beskrev dessa resultat online i tidskriften Nanobokstäver .
Valet av material är brett, och det är enkelt att tillverka enheten, säger Wang. Vilken som helst av cirka 50 vanliga plaster, metaller och andra material kan paras ihop för att göra denna typ av enhet.
Jag är imponerad av effekttätheten här, säger Shashank Priya , direktör för centret för energiskördande material och system vid Virginia Tech. Andra smarta material har inte producerat tillräckligt med kraft för praktiska tillämpningar, säger han.
Om den nya nanogeneratorn kommer att fungera utanför labbet återstår att se. De måste visa att detta kan generera kraft från mekaniska vibrationer i verkligheten, säger Jiangyu Li , professor i maskinteknik vid University of Washington i Seattle. För att fungera i den verkliga världen måste en energirensare kunna fånga upp vibrationsfrekvenser som ger mest energi. En nanogenerator som bara kan ta upp mekaniska vibrationer med låg energi skulle ta alldeles för lång tid att ladda en mobiltelefon, noterar Priya. Wang säger att han för samtal med företag om att utveckla energirensaren för särskilda applikationer, och tänker sig att den ska bäras på ett armband.