Statische Elektrizität ist ein relativ unkomplizierter Vorgang, der auftritt, wenn die elektrischen Ladungen innerhalb oder auf der Oberfläche eines Materials unausgewogen sind. Sie haben es wahrscheinlich selbst als leicht schmerzhaften Schlag auf Ihre Finger erlebt.
Mit der Ladung
Dieser Zap ist darauf zurückzuführen, dass die Ladung so lange erhalten bleibt, bis sie durch elektrischen Strom abfließen kann. Aber was wäre, wenn wir diese Ladung verwenden könnten, anstatt sie abzulenken?
Genau das haben einige Forscher der University of Buffalo beschlossen erkunden .
„Fast jeder hat mit dem Finger auf einen Türknauf geklopft oder gesehen, wie das Haar eines Kindes an einem Ballon klebt. Um diese Energie in unsere Elektronik zu integrieren, müssen wir die treibenden Kräfte dahinter besser verstehen“, sagte James Chen, PhD, Assistenzprofessor amFakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften der Universität in Buffalo.
Und verstehen Sie es, was diese Forscher getan haben! Ihre neuartige Studie ergab, dass die Ursache für statische Elektrizität winzige strukturelle Veränderungen sind.
Reibung ist der Schlüssel
Jetzt arbeiten Chen und sein Partner Zayd Leseman, PhD, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Nukleartechnik an der Kansas State University, an einem sogenannten triboelektrischen Effekt. Dieser Begriff bezieht sich auf das Phänomen, das auftritt, wenn ein Material nach Kontakt elektrisch geladen wirdmit einem anderen Material durch Reibung.
„Die Reibung zwischen Ihren Fingern und Ihrem Smartphone-Bildschirm. Die Reibung zwischen Ihrem Handgelenk und Ihrer Smartwatch. Sogar die Reibung zwischen Ihrem Schuh und dem Boden. Dies sind großartige potenzielle Energiequellen, die wir nutzen können“, erklärte Chen.
Und obwohl der triboelektrische Effekt seit der Antike beobachtet wurde, brauchte die Nanotechnologie, das Studium extrem kleiner Dinge, um einen Sinn daraus zu ziehen.
„Die Idee, die unsere Studie vorstellt, beantwortet dieses alte Rätsel direkt und hat das Potenzial, die bestehende Theorie zu vereinheitlichen. Die numerischen Ergebnisse stimmen mit den veröffentlichten experimentellen Beobachtungen überein“, sagt Chen.
Die Wissenschaftler verwenden sowohl Computermodelle als auch physikalische Experimente, um sogenannte triboelektrische Nanogeneratoren TENGs zu konstruieren. TENGs können tatsächlich statische Elektrizität gewinnen.
Die Forschung wird unterstützt von a 400.000 USD National Science Foundation Grant und die Forscher argumentieren, dass das Ergebnis ihrer Arbeit zu einigen ziemlich noblen Zielen führen wird.
Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, nachhaltigere und langlebigere Stromquellen zu entwickeln. "Letztendlich kann diese Forschung unsere wirtschaftliche Sicherheit erhöhen und der Gesellschaft helfen, indem sie unseren Bedarf an konventionellen Energiequellen verringert", fügte Chen hinzu.
Da der Strombedarf mit zunehmendem Fortschritt der Welt ständig wächst, könnte statische Elektrizität zu einer sehr wertvollen und praktischen zusätzlichen Energiequelle werden.
Die Studie wird veröffentlicht in der Zeitschrift für Elektrostatik .