摩擦生电可能成为电子设备的电力来源

摩擦生电就是通过摩擦发电,它可能成为电子设备的新电力来源。

简单的手指扫过智能手机玻璃屏、走路、鞋与人行道摩擦或纺织纤维摩擦都属于摩擦,而且都可能成为电力来源。人们在日常生活中体验过这种静电带来的触电感,也就是通过摩擦积累的电荷放电的过程。研究确定,这种电荷是由于两个异种材料表面摩擦生成的,这种摩擦会影响原子的电子。受影响的原子电子改变位置并形成偶极,包括电场。

偶极是相距很近的一对电量相等的正负电荷。摩擦过程中,两个表面的原子晶格均发生变形,从而促成了电荷转移。两种材料各自的偶极及其诱发的极化和场是不对称的,所以总是一个表面向另一个表面转移电荷。研究人员使用氧化镁和钛酸钡作为两种相异材料来检查这种相互作用,从而更好地了解它们接触时两种表面如何反应。

纽约州立大学布法罗分校机械与航天工程系助理教授 James Chen 表示:“如果我们了解整个机制的工作原理、过程的工作原理,我们就能设法制造更好的电荷对,摩擦生电电荷对,从而取得更好的电荷收获效率,以用于手机、鞋和纤维。这样,我们就能将它编织起来,我们就能设计我们想要的任何‘摩擦生电’材料。”

这些图片表明在氧化镁(上)和钛酸钡(下)表面彼此接触时,它们如何反应。最终导致的每种物体的晶格变形贡献了摩擦期间电荷转移的推动力量。鸣谢:纽约州立大学布法罗分校 James Chen

Chen 表示,下一步是使用机器学习技术“来了解、来联系实验和理论,创造一个‘摩擦生电’收获系统。我们有望在几年内完成这些工作。”已经根据他的想法建立了计算机模型,并与别处的实验结果进行对比。他的团队的研究涉及了大量学科,从电气工程到固体和接触力学,以及材料科学均包括在内。

位于美国乔治亚州的乔治亚理工学院(乔治亚理工)已经进行了物理实验,并且正在开发可以收获静电的摩擦生电纳米发电机。在谈到布法罗分校和乔治亚理工之间可能开展的合作时,Chen 说:“我们将尝试合作取得成果。”他还说:“我们将尝试推进这项技术,了解这种现象,以便我们可以取得技术进步。”

乔治亚理工研究员已经使用摩擦生电纳米发电机设备给要分析的微粒充电,以提高化学分析技术的敏感性。Chen 的工作得到了美国政府国家科学基金会给予的 40 万美元的资助,资助将持续到明年。Chen 将在马萨诸塞州波士顿举办的美国物理学会会议上展示他的发现

Larry

作者:
Larry Feng

作者简介:

自1995年起,Larry在摩托罗拉半导体(后为飞思卡尔半导体)、亚德诺半导体(ADI)和易络盟电子(Element14)负责亚太区市场推广和在线销售。在为集成电路企业工作过的20多年间,撰写了大量的各类集成电路产品介绍和技术文章、行业分析等,为集成电路企业树立了良好的企业形象和品牌。

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