То самое электричество, которое бьёт по пальцам при прикосновении к телефону или заставляет волосы прилипать к воздушному шарику, может однажды обеспечить электронику энергией.
Статическое электричество – относительно простое явление, которое наблюдается в случае, если существует дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала. Очевидно, каждому знаком этот слегка болезненный щелчок по кончикам пальцев. Он происходит вследствие того, что заряд накапливается до тех пор, пока не получит возможность выйти, образуя электрический ток. Но что, если бы люди научились использовать этот заряд вместо того, чтобы терять его?
Именно эту возможность решили исследовать учёные из Университета Буффало и Канзасского государственного университета.
«Почти каждому приходилось получать лёгкий удар тока от дверной ручки или видеть, как волосы детей прилипают к воздушному шарику. Чтобы использовать эту энергию в нашей электронике, нужно лучше понять движущие силы, лежащие в её основе», – заметил Джеймс Чэнь, доцент кафедры механического и аэрокосмического машиностроения Школы инженерии и прикладных наук в Университете Буффало.
Как показало проведённое исследование, причиной появления статического электричества являются крошечные структурные изменения.
Теперь Чэнь и его партнёр Зайд Лесеман, доцент кафедры механики и ядерной инженерии в Канзасском государственном университете, работают над изучением трибоэлектрического эффекта. Этим термином описывается явление, когда материал становится электрически заряженным после контакта с другим материалом в результате трения.
«Трение между пальцами и экраном смартфона. Трение между запястьем и часами. Даже трение между обувью и землёй. Всё это большие потенциальные источники энергии, которые можно использовать», – объяснил учёный.
Хотя трибоэлектрический эффект был описан ещё в древние времена, для того, чтобы понять его, потребовалось появление нанотехнологий, то есть изучение чрезвычайно мелких частиц материалов.
«Результаты нашего исследования дают ответ на эту древнюю загадку; они могут объединить существующие теории. Численные результаты согласуются с опубликованными экспериментальными наблюдениями», – прокомментировал Чэнь.
Учёные используют как компьютерные модели, так и физические эксперименты для разработки так называемых «трибоэлектрических наногенераторов» (ТЭНГ), которые способны накапливать статическое электричество.
Исследование получило поддержку Национального научного фонда в размере 400 тысяч долларов. Как утверждают исследователи, итоги их работы послужат грандиозным целям.
Так, полученные результаты могут помочь в разработке более устойчивых и долговечных источников энергии. По словам учёных, в конечном итоге, это исследование может повысить экономическую безопасность и принести пользу обществу, уменьшив потребность в традиционных источниках энергии.
Учитывая, что потребность в энергии постоянно растёт по мере того, как мир становится всё более и более технологичным, статическое электричество может стать очень ценным и практичным дополнительным источником.