Пользователь
0,0
рейтинг
12 декабря 2013 в 02:18

От янтаря до полимера

624...546 год до н. э.
Древнегреческий философ Фалес Милетский, или его дочь (историки до сих пор не смогли определить это точно), обнаружил(а) способность натертого шерстью янтаря притягивать пушинки, волосы, бумагу.
Янтарь назвали электроном, и затем появились новые слова — электричество, электризация, статическое электричество, трибоэлектричество.

Наше время.
Профессор факультета материаловедения и инженерии Технологического института Джорджии, Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang), работавший с пьезоэлектричеством, совершил небольшую ошибку, в результате которой заметил аномально высокий выход энергии при использовании эффекта трибоэлектричества. Вместо шерсти и янтаря он пробует различные современные полимерные материалы, типа полиэтилентерефталат (полиэстер) и другие пластики.
Побольше бы таких ошибок, которые приводят к великим открытиям!

После шести месяцев упорного труда, в июле 2012 заявляется о создании устройства, вырабатывающего 18 вольт с током 0,13 мкА на квадратный сантиметр и о возможности параллельного включения этих элементов.
На этом аномально скромном достижении он не останавливается.
Все прошедшее время он и его группа, с помощью спонсоров в лице Национального научного фонда, Министерства энергетики США, Национального института материалов в Японии, корпорации Samsung и Китайской академии наук не теряли время даром.

И вот новое (наверняка не последнее) достижение.
9 декабря 2013 года выходит новость и не одна, об очередной победе над спрятанным в веществах электричеством.
Теперь с квадратного метра материала они могут получить 300 Ватт, а при параллельном соединении элементов — 400 кВт с кубометра генератора при КПД 50%.
С момента начала исследований, группа Чжун Линь Ван добилась увеличения выходной мощности генератора на трибоэлектрическом эффекте в 100 000 раз.


Ван и переводчик Google объясняют это явление так:
В своей простейшей форме, трибоэлектрический генератор использует два листа разнородных материалов, один отдает электроны, другой принимает. Когда листы находятся вместе, заряды равны. Если листы отделяют, один лист получает электрический заряд. Если электрическую нагрузку соединить с двумя электродами, расположенными на внешних краях двух поверхностей, потечет небольшой ток, выравнивающий заряды. Непрерывно повторяя процесс, можно получить переменный ток.

Становятся доступными многие интересные идеи.
Применение генератора очень разнообразное, от датчиков дождя до выработки электрической энергии для питания приборов и сбора энергии волн, дождя, ходьбы, движения машин. Применив прозрачный генератор (пока достигнута прозрачность 75%) можно получать энергию при нажатии на экран планшета или телефона.

Сам Ван и его научно-исследовательская группа намерены продолжить работу над генераторами и датчиками, чтобы улучшить их производительность и чувствительность. Будет уменьшаться размер генератора и увеличиваться выходная мощность за счет использования несколько слоев.

P. S.
Как и обещал, Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang) продолжил свою работу.
Его группа создала самозаряжающую батарею. Батарея имеет толщину менее миллиметра, в ней, между электродами находится пленка из поливинилиденфторида, содержащая частицы пьезоэлектрика ЦТС (цирконат-титанат свинца). В настоящее время, батарея имея размер классической литиевой типа 2032, обладает емкостью 0,010 мА х час. Пример применения — использование энергии нажатия кнопок на калькуляторе для зарядки этой батарейки, находящейся по ним.
Radik Nigmatullin @Kidar
карма
185,5
рейтинг 0,0
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (41)

  • +6
    Всё это, конечно, очень круто.
    Но они же преобразуют механическое движение в электричество с КПД 50%. Генераторы сильно больше КПД дают. Проблема ещё и в том, что оставшиеся 50% уходят в трение и надо охлаждать генератор.
    Скорее для мощных источников энергии их технология не подойдёт, есть варианты и получше.

    А вот сенсоры и маломощные источники, это может быть круто. Интересно почему они не попробовали температурное расширение-сжатие? Был бы компактный источник питания.
    18 вольт это, конечно очень неплохо.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • 0
        Я к тому, что лучше 18 вольт и мизерный ток, чем 1 вольт и 18*«мизерный ток»
        Его проще преобразовать во что-то полезное.
        Ну и если вместе всё собрать, то там аж киловатты получается
        • 0
          18 вольт при токе 0,13 мкА с квадратного сантиметра получается мощность 0,0234 Вт с квадратного метра. Это было достигнуто в июле 2012 года.

          На данный момент, 9 декабря 2013 года, с одного квадратного метра материала они могут получить уже 300 Вт электрической энергии, то есть почти в 13 000 раз больше, чем было в середине прошлого года.

          А вообще, с начала своих работ в 2011 году, они подняли вырабатываемую мощность уже в 100 000 раз.

    • +1
      Если это развить и внедрить, то дармовой механической энергии так то завались. Тот же тотуар, его топчет огромное количество людей, но эта энергия уходит впустую.
      • +2
        В фильме как раз про это и сказано. Но где-то автор сообщал, что хождение по таким пластинам немного затруднительно. По всей видимости, небольшие колебания пластин генератора чувствуются человеком.
      • +4
        Вот это спорный вопрос, энергия же не берётся из ниоткуда. Чем больше мы соберём её на тротуаре, тем больше потратят пешеходы. Будем ходить как по снегу или песку.
        Не даром же делают твёрдое покрытие, а на беговых дорожках даже пружинящее. Из-за этого, в том числе, скорости бегунов всё время растут.
        • –2
          Конечно, при этом затрачивается энергия, производимое человеком.
          Но думаю, человек будет не против, если его тапочки будут вырабатывать энергию для работы светодиодов, освещающих путь. В настоящее время выпускают аналогичные на батарейках, а тут получаются энергонезависимые тапки.

          Оба на! Возник новый термин «энергонезависимые тапки».
      • +3
        Не дармовая это энергия и не в пустую она уходит!
        Человеками совершается работа по перемещению в пространстве.
        И шагать по твёрдой дороге, будет легче чем по «мягкой», отбирающей энергию…

        Хрен с ними, с плёночками, чего уж мелочиться, давайте сделаем дорогу из «брусчатки», содержащей в каждом своём элементе пружину, редуктор и генератор, вот энергии будет завались, только вот ходить по этому электро болоту будет тяжело.
        Физика — суровая тётка, у ней ничто не берётся ниоткуда и не уходит в никуда.
        • +1
          Абсолютно согласен, ходить, да и ездить на машине будет тяжело. Так и делать никто не будет.

          Но в некоторых случаях, все равно будут, там, где участки дорог расположены далеко от ЛЭП.
          Например, где нет снега, вместо полицейского, который лежит и только портит подвеску, можно установить коврик трибоэлектрического генератора, питающего подсветку пешеходного перехода.
          На дискотеках обязательно появятся рукавицы или ботинки со вспышками, выпустят светящиеся ботинки и тапки.

          А получение энергии — для этого есть волны, ветер, дождь.
          • +1
            Почему-то никто не считает энергию, которую необходимо затратить на изготовление этих «ковриков». Возможно, они за всю свою эксплуатацию не вернут эту энергию.
            Кроме того, если, условно, машина или человек идут, отталкиваясь от шоссе и «теряют» энергию на трение, то насколько вырастут их затраты на перемещение, если они начнут перемещаться по таким коврикам? КПД сейчас 0.5 и никогда единице не будет равно. Поэтому возможно, что дополнительно затраченные на преодоление «скользкого/вязкого коврика» килокалории и килоджоули будут использованы еще менее эффективным образом, чем их не тратить вовсе.
        • +1
          Тут лишь вопрос в том насколько глубоким будет ход этой поверхности. Если он будет как у резинового покрытия гимнастической дорожки, то идти по нему будет даже приятно, не так жестко.
          • 0
            Также интересен рабочий ход пластин генератора. Есть идеи, где можно это применить в радиолюбительстве.
            Надеюсь, в ближайшее время генераторы начнут выпускать и мы почитаем на них pdf.
      • +4
        «Чего балерине зря крутиться? Ей бы к ноге динамо машину присобачить чтоб ток пошёл»
      • 0
        > Тот же тотуар, его топчет огромное количество людей, но эта энергия уходит впустую.
        Мне больше нравится идея с интерфейсом прямо в мозг и сладкими снами, чем всю жизнь топтаться по тротуару.
    • +1
      Температуру проще напрямую в электричество, без расширения-сжатия. Есть же такая штука, как термоэлектрики, причем вроде у них КПД довольно высокий.
      • 0
        Термоэлектрики они же на градиенте температур работают, а тут колебания. Не совсем одно и то же.
        • 0
          Преобразовать колебания в градиент легко.
  • +6
    Надо выпустить стельки из такой пленки.

    Со встроенным аккумулятором и катушкой для беспроводной зарядки. Тогда после прогулки можно будет заряжать смартфон положив его в ботинок))
    • +1
      Поместив в ботинок определенные микрокультуры можно добывать значительно больше энергии за счет выделения тепла от оных))
      • +10
        Определенные микрокультуры и так живут на ногах и в ботинках. Выделяемая ими «энергия» может легко переместить любое количество людей в радиусе нескольких метров!
  • +14
    Т.е. анекдот о новой китайской электростанции где миллион китайчат катаются в шелковых шертиках по эбонитовому желобу уже не анекдот?
  • +4
    Трибология, является интересным направлением науки.
    Пример, триболюминесценция. При раскалывании кристалла сахара получается красивая синеватая вспышка.
    Подозреваю, что при этом происходит образование высокого напряжения между расколовшимися частями и последующий его разряд с выработкой озона. Цвет индиго (красивый синеватый) это и есть цвет озона.

    Красивый пример триболюминесценции — эффект Коппа-Этчеллса: свечение, возникающее при посадке или взлете вертолёта в пустыне из-за трения лопастей вертолета о частички песка и пыли в воздухе.
    • 0
      А что такое «цвет озона»?
      • 0
        Озон при нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. Цвет искры при разряде похож на цвет озона.
        Делали опыты — разряд на дистиллированную и соленую воду.
        В первом случае был запах озона и красивый фиолетово-синеватый цвет, во-втором случае такого нет — озоном не пахло и зона вспышки представляла несколько ярко выделенных зон.
        Достаточно бегло пробежаться по получившимся фотографиям, чтобы увидеть разницу. Из этого видео.

        • +2
          Цвет разряда не имеет никакого отношения к цвету озона. В воздухе цвет искры определяется попадающими в видимую область эмиссионными линиями (вернее, полосами) молекулярного азота. Спектр излучения разряда уходит далеко в ультрафиолетовую область, следствием этого является образование озона (фотолиз молекул кислорода, затем атомарный кислород реагирует с молекулярным).
          Соленая вода содержит много натрия, известного своей желтой линией. В эту линию уходит львиная доля энергии, поэтому искра ярко светится желтым, а интенсивность излучения, принадлежащего азоту, резко падает. Вместе с ним исчезает и ультрафиолетовое излучение — вот озон и не образуется.
          • 0
            Спасибо, буду знать!
  • +3
    И все таки янтарь в Греции с самого начала назывался электроном.
  • +1
    Интересен в триболюминесценции нашумевший эффект, когда скотч вырабатывает излучение не только в световом диапазоне, а также радио- и более высоком — ренгеновском.
    Приоритет в этом направлении как это часто бывает принадлежит российским ученым.
    • +1
      > ренТгеновском

      Ещё один плюс в сторону синей изоленты, а так и облучиться не долго.
      • 0
        Так точно, рентгеновском!
    • 0
      Я бы сказал, что вряд ли это можно считать научным открытием — то, что вакуумная искра сопровождается рентгеновским излучением, давно известно, возникновение разности потенциалов при разматывании полимерных пленок — также известное явление (нередко приводящее к несчастным случаям, в том числе, смертельным).
      • 0
        то, что вакуумная искра сопровождается рентгеновским излучением, давно известно...

        Как раз тут и написано, что советские ученые описали это явление в 1953 году.
        … возникновение разности потенциалов при разматывании полимерных пленок — также известное явление (нередко приводящее к несчастным случаям, в том числе, смертельным).

        Где можно почитать об этом подробнее? В связи с этим, на заводах, работающих с полимерными пленками, защитные меры должны быть отражены в инструкциях для персонала и применяться заземляющее оборудование?

        • +1
          К сожалению, не являюсь технологом производства, но опасность существует. В основном — это не опасность прямого поражения током с летальным исходом, а опасность попадания в движущиеся части при рефлекторной реакции на разряд. Но по-видимому, возможно и прямое поражение: однажды я разматывал большой рулон полиэтилена, а под ногами был легкомоющийся пластикат (это была радиохимическая лаборатория). Было сухо, зима. Разматываю, искры трещат, статика копится… вдруг тот, кто мне помогает, говорит — у тебя волосы дыбом встали. Я руку поднимаю, чтобы пощупать — действительно дыбом. А там наверху — труба.
          В общем, очнулся я на полу. Помощник сказал, что между мной и трубой была искра сантиметров 30 длиной. Видимо, воздействию разряда подвергся мозг. А так — могло и сердце остановить — при емкости тела 100 пФ и напряжении 200 кВ энергия разряда была аж 4 Дж. Видимо, спасло то, что импульс короткий и большей частью шел по поверхности.
          • 0
            Настоящая электрофорная машина!
            • +1
              А то. Почти Ван-де-Грааф.
  • +1
    Я так понимаю что КПД 50% для неё потолок?
    • –1
      Уверен, что это не потолок. Эта группа очень активно работает в данном направлении и за два года достигла таких выдающихся результатов.
      В статье написано, что в настоящее время обнаружено четыре основных режима работы трибоэлектрических генераторов.
      Думаю, будет работа как по этим четырем направлениям, так и подбор новых эффективных материалов.

  • –1
    Круто! Можно вшить в одежду и получать даровую энергию для зарядки телефона, планшета и любого гаджета.
  • +1
    Всегда с удовольствием читаю про новые технологии в энергетических областях, так как я верю в Кардашева. Спасибо автору.
  • 0
    Дополнение поста — Чжун Линь Ван изготовил самозаряжающуюся батарейку.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.