 Более 60 исследовательских групп по всему миру в настоящее время разрабатывают варианты трибоэлектрического наногенератора, который преобразует окружающую механическую энергию в электричество для питания носимой электроники, сенсорных сетей, имплантируемых медицинских устройств и других небольших систем.
Чтобы обеспечить средства для сравнения и выбора этих собирающих энергию наногенераторов для конкретных применений, исследовательская группа Технологического института штата Джорджия, предлагает набор стандартов для количественной производительности устройства. Предложение оценивает как структурную, так и материальную производительность четырех основных типов устройств трибоэлектрического наногенератора.
Трибоэлектрические наногенераторы - это новая энергетическая технология, которая показывает феноменальный потенциал. Исследователи предложили стандарты, по которым производительность этих устройств может быть количественно оценена и сравнена. Эти стандарты будут полезны для академических исследователей, разрабатывающих устройства и для будущих промышленных применений наногенераторов.
Трибоэлектрические наногенераторы используют комбинацию трибоэлектрического эффекта и электростатической индукции, чтобы генерировать небольшое количество электроэнергии от механического движения, такого как вращение, скольжение или вибрация. Трибоэлектрический эффекта имеет преимущество в том, что некоторые материалы становятся электрически заряженными после того, как они вступают в контакт с перемещающейся поверхностью, выполненной из другого материала. Электричество, генерируемое подобными устройствами, может заменить или дополнить батареи для широкого круга потенциальных приложений.
Разработанные в течение последних нескольких лет, передовые технологии дошли до точки, где они могут питать небольшие электронные устройства, потенциально благоприятствуя распространению систем зондирования и инфраструктуры - а также питающих носимых потребительских устройств.
Из-за большого количества разрабатываемых устройств, люди должны иметь стандарт для оценки качества этих наногенераторов. Стандарты позволили таким технологиям, как фотоэлектрические и термоэлектрические устройства, продвигаться, хотя производительности трибоэлектрических наногенераторов более трудно дать количественную оценку из-за различных доступных вариантов конструкций и материалов.
Исследователи предлагают общий показатель качества, который может быть использован для количественной оценки потенциального объема производства энергии трибоэлектрических наногенераторов. Общий показатель качества состоит из информации от двух других источников: возможностей конкретной структуры используемых трибоэлектрических наногенераторов, и плотности поверхностного заряда, предоставленной конкретными материалами, выбранными для построения устройства. Выход сравнивается с механическими энерговходом для обеспечения сравнения эффективности.
Эти измерения основаны на участках наращивания напряжения и общем количестве переданных электрических зарядов от каждого устройства. Структурный показатель качества выводится из теоретических расчетов для каждого из четырех основных режимов наногенераторов - плюс экспериментальные результаты, полученных с устройств, помещенных в цепь с выключателем и электрической нагрузкой. В материалах показатель качества зависит от экспериментальных измерений поверхностной плотности заряда, проделанной с экспериментальной установки, которая использует жидкий металл, чтобы собрать поверхностный заряд.
Вариации в структурах трибоэлектрических наногенераторов обеспечивают их различные применения в зависимости от источника механической энергии. Четыре основные группы включают (1) режим вертикального контакт-разделения, (2) боковой скользящий режим, (3) режим одного электрона, и (4) корпусный режим трибоэлектрического слоя. Есть также гибридные комбинации этих основных структурных режимов.
Режим контакт-разделения, например, питается от периодической вынуждающей силы, которая приводит к повторному контакту, а затем разделяется между двумя разнородными материалами, которые покрыты электродами на верхней и нижней поверхностях. Боковая раздвижная модель использует две поверхности, который кратко сливаются вместе, затем разделяются, генерируя заряд.
В число протестированных материалов входят фторированный этилена пропилена, полиамид, поляризованный поливинилиденфторид, полиэтилен, натуральный каучук и целлюлоза. Для трибоэлектрических генераторов имеются различные виды измерений для оценки производительности.
По мере того, как носимая электроника становится все более популярной и модной, понадобится более лучший способ для ее питания. Трибоэлектрические наногенераторы могут играть в этом большую роль. Ученые тратят много времени на повышение эффективности питания, и область быстро расширяется. В конечном счете стандарты также могут быть модифицированы для пьезоэлектрических генераторов и других систем, предназначенных для производства электроэнергии из механического движения.
|
