Enamiku inimeste jaoks on staatiline elekter kergelt valulik ebameeldivus. Insenerid on aga viimastel aastatel töötanud selle pealtnäha juhusliku nähtuse rakendamiseks, et odavalt ja hõlpsalt toota väikseid elektrikoguseid.
Enamik staatilist elektrit on "triboelektrilise efekti" toode, mis juhtub kahe materjali kokkupuutel ja elektronide vahel. Materjalide lahutamisel kipub jääma elektronide tasakaalustamatus, kuna mõned materjalide aatomid saavad täiendavaid elektrone kui teised.
See tasakaalutus loob materjalidele elektrilaengu ja materjalide aatomite soov naasta neutraalsele laengule tähendab, et elekter on sündinud. Löök, mida saate pärast pluus vaibal kõndimist uksekinnitit puudutades, on see, et teie keha aatomid tühjendavad lisaelektrone, mis nad on vaibast kogunud, et nad saaksid naasta neutraalse laadimisega.
Triboelektrilisus on ettearvamatu, kuid viimase paari aasta insenerid on loonud uuenduslikke viise selle potentsiaali hõivamiseks, alates autorehvide elektroodidest kuni puitlaudadeni, mis loovad staatuse. Selle valdkonna üks teerajajaid on olnud Georgia Tehnoloogiainstituudi insener Zhong Lin Wang, kes on loonud triboelektrilisi generaatoreid väga erinevatest materjalidest, sealhulgas ülikergetest polümeeridest, mis võiksid olla puutetundlike ekraanide, kangaste ja isegi taaskasutatud soodapudelite valmistamiseks.
"Sellel eesmärgil saate kasutada peaaegu kõiki materjale, " ütleb Wang. Oma viimase triboelektrilise loomingu jaoks jõudis Wang materjali hulka, mida vähesed seostaksid üldse elektriga - paberiga. Lapsena ütles Wang, et ta mängis paberi lõikamisest ja voltimisest tehtud keeruka loominguga. Seda tuhandete aastate tagust Ida-Aasia kunsti nimetatakse "kirigami", tõlgituna "lõigatud paberiks" (see on tihedalt seotud kuulsama "origamiga", mis tähendab paberi voltimist).
"See on tõenäoliselt odavaim materjal [võimalik], " räägib Wang, miks ta valis paberi, "ning see on biolagunev ja ohutu materjal, mida kasutame iga päev."
Wang ja tema meeskond lõikasid liivapaberi laseritega ristkülikuteks ja katsid need õhukeste kihtide kulla ja muude juhtivate materjalidega. Seejärel monteerisid nad ristkülikud kolmemõõtmelisteks rombi kujudeks. Need rombid, mis mahuvad peopessa ja klapivad rahakotti või taskusse, loovad elektrit, kui inimene neid sõrmedega surub. See viib juhtivad kihid üksteisega kontakti, luues elektronide tasakaalustamatuse, mis põhjustab staatilist laengu. Mõne minuti jooksul paberiseadmele korduvalt pigistades võib tekkida umbes 1 volti energiat, mis on piisav kella või juhtmeta puldi või isegi väikese meditsiiniseadme laadimiseks mõneks minutiks hädaolukorras, kirjutab Wang.
Wangi poolt lõigatud võrestruktuuri kasutamine rombi sees oli "nutikas lähenemisviis triboelektrilise põlvkonna pindala suurendamiseks", ütles Michigani ülikooli insener Max Shtein, kes on kirigami abil loonud kolmemõõtmelisi päikesepaneele, mis suudavad hõivata rohkem valgust. päike liigub taevas. Columbia ülikooli elektriinsener John Kymissis, kes, nagu ka Shtein, ei olnud selle uurimistööga seotud, kiitis ka Wangi "integreeritud energiatootmise ja -talletussüsteemi targa disainilahenduse" eest.
Wang, kellel on selle seadme patendi saamine pooleli, loodab, et see areneb välja mõne aasta pärast, et seda võidakse müüa odava ühekordseks kasutamiseks mõeldud laadijana või, mis veelgi tähtsam, vahendina, mis õpetaks lastele elektrienergia toimimist.
"Nad võivad toota energiat ja süttida tulesid, " räägib Wang potentsiaalist. "Kõik see hea kraam, mida nad lihtsa struktuuriga teha saavad."
Paberlaadijat on kirjeldatud ajakirja ACS Nano värskes numbris.
