211service.com
Hvordan friktion en dag kan oplade din mobiltelefon
Fænomenet, der forårsager et smertefuldt stød, når du rører ved metal efter at have slæbt dine sko på gulvtæppet, kan en dag blive udnyttet til at oplade personlig elektronik.
Forskere ved Georgia Tech har skabt en enhed, der udnytter statisk elektricitet til at konvertere bevægelse - som en telefon, der hopper rundt i lommen - til nok strøm til at oplade et mobiltelefonbatteri. Det er den første demonstration af, at denne slags materialer har nok sans til at drive personlig elektronik.
Overskydende energi, der produceres, når du går, bevæger dig eller endda trækker vejret, kan i teorien fjernes for at drive medicinske implantater og anden elektronik. Det er dog udfordrende at udnytte energien i disse små bevægelser.
Zhong Lin Wang , en professor i materialevidenskab ved Georgia Tech, har arbejdet på problemet i flere år, for det meste fokuseret på piezoelektriske materialer, der genererer en elektrisk spænding under mekanisk stress (se Udnyttelse af hamsterkraft med en nanogenerator). Wang og andre har forstærket den piezoelektriske effekt ved at lave materialer struktureret på nanoskala. Indtil videre har piezoelektriske nanogeneratorer dog ikke haft særlig imponerende effekt.
Nu har Wangs gruppe vist, at en anden tilgang kan være mere lovende: statisk elektricitet og friktion. Dette er effekten på arbejdet, når du kører en plastikkam gennem dit hår på en tør dag, og den står på spidsen. Georgia Tech-forskerne viste, at dette statiske ladningsfænomen, kaldet den triboelektriske effekt, kan udnyttes til at producere strøm ved hjælp af en type plastik, polyethylenterephthalat og et metal. Når tynde film af disse materialer kommer i kontakt med hinanden, bliver de ladede. Og når de to film bøjes, løber der en strøm mellem dem, som kan udnyttes til at oplade et batteri. Når de to overflader er mønstret med strukturer i nanoskala, er deres overfladeareal meget større, og det samme er friktionen mellem materialerne - og den kraft, de kan producere.
Georgia Tech nanogeneratoren kan omdanne 10 til 15 procent af energien i mekaniske bevægelser til elektricitet, og tyndere materialer burde være i stand til at omdanne så meget som 40 procent, siger Wang. En firkant på størrelse med en fingernegle af det triboelektriske nanomateriale kan producere otte milliwatt, når det bøjes, nok strøm til at køre en pacemaker. En patch, der er fem gange fem centimeter, kan tænde 600 LED'er på én gang eller oplade et lithium-ion-batteri, der derefter kan drive en kommerciel mobiltelefon. Wangs gruppe beskrev disse resultater online i journalen Nano bogstaver .
Materialevalget er bredt, og det er nemt at fremstille enheden, siger Wang. Enhver af omkring 50 almindelige plastik, metaller og andre materialer kan parres for at lave denne type enhed.
Jeg er imponeret over effekttætheden her, siger Shashank Priya , direktør for Center for Energy Harvesting Materials and Systems ved Virginia Tech. Andre smarte materialer har ikke produceret nok strøm til praktiske anvendelser, siger han.
Om den nye nanogenerator vil fungere uden for laboratoriet, er endnu uvist. De skal demonstrere, at dette kan generere strøm fra mekaniske vibrationer i det virkelige liv, siger Jiangyu Li , professor i maskinteknik ved University of Washington i Seattle. For at kunne arbejde i den virkelige verden skal en energirenser være i stand til at opfange vibrationsfrekvenser, der giver mest energi. En nanogenerator, der kun kan opfange mekaniske vibrationer med lav energi, ville tage alt for lang tid at oplade en mobiltelefon, bemærker Priya. Wang siger, at han er i forhandlinger med virksomheder om at udvikle energirenseren til bestemte applikationer, og forestiller sig, at den skal bæres på et armbind.