Większość z nas zna uczucie przeskakującej iskry przy dotknięciu metalowego elementu lub widziało balon przyciągający papierki czy włosy. Za tymi zjawiskami stoi elektryczność statyczna, która nadal jest bardzo fascynująca.

Teraz, gdy naukowcy wiedzą coraz więcej o tym zjawisku i są w stanie projektować odpowiednie materiały, elektryczność statyczna daje szansę na darmowe źródło energii elektrycznej. „Wiemy, że energia wygenerowana na skutek stykowej elektryfikacji pozostaje zgromadzona w materiale w postaci ładunków elektrycznych przez długie godziny i to w temperaturze pokojowej”, mówi Zhong Lin Wang z Georigia Institute of Technology. „Nasze badania pokazują, że na powierzchni wytwarza się bariera potencjału, która zapobiega odpływaniu ładunków z powierzchni”.

Reklama

W marcowym wydaniu „Advanced Materials” badacze z Georgii zaprezentowali dokładniejszy opis tego mechanizmu wraz z wyjaśnieniami zasad działania elektryczności statycznej i przepływu ładunku pomiędzy dwoma nieorganicznymi materiałami stałymi. „Nad tym tematem nadal debatują naukowcy – czy ładowanie się ciał zachodzi na skutek przepływu elektronów czy jonów? Czemu ładunek utrzymuje się na powierzchni, zamiast rozproszyć się?”, opowiada Wang.

Zespół Wanga zajmuje się tymi zagadnieniami od dawna. Osiem lat temu wydali oni swoją pierwszą pracę o generatorach tryboelektrycznych, które pozwalają na wytwarzanie elektryczności statecznej i docelowo mają umożliwić zasilanie urządzeń elektronicznych.

Badacze zaprezentowali na przykład generator tryboelektrycznych, który zasila tysiąc diod LED tylko dzięki nadeptywaniu na pojedynczy panel generatora na podłodze (na zdjęciu). „Dotychczasowo optymalizowaliśmy układy na ślepo, teraz jednak wiemy już na tyle dużo, że jesteśmy w stanie optymalizować nasze układy do zbierania energii”.

Wytworzone przez badaczy nanogeneratory tryboelektryczne składają się z warstw tytanu, na które naniesiono cienką warstwę tlenku glinu lub tlenku krzemu. Dzięki temu powiązano wartości wygenerowanego ładunku z współczynnikiem tarcia, który te materiały mają różny. To umożliwiło śledzenie zbierania ładunku w czasie rzeczywistym.

Opisywane badania pomogły zrozumieć, jak elektrony przepływają przez barierę oraz jaki wpływ ma temperatura na działanie efektu tryboelektrycznego. Urządzenia te działają w szerokim zakresie, ale przy około 300°C efekt przestaje zachodzić.

Tego rodzaju urządzenia w przyszłości instalowane mogą być w biurach czy centrach handlowych w podłodze, aby wykorzystywać przechodzenie ludzi do generacji energii elektrycznej, która następnie mogłaby zasilać np. oświetlenie.

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.