Трибоэлектрический эффект является довольно занятным природным явлением, которое состоит в том, что при трении двух различных веществ или материалов между ними возникает разделение зарядов. Этот эффект показывается в школьных опытах по физике, когда стеклянная палочка, натёртая мехом, способна отклонять полоски бумаги. Аналогичными примерами выступают опыты от канала «Простая Наука»:

Естественно, полярность, разность потенциалов и количество заряда зависят от множества параметров: температуры, влажности, природы применяемых материалов и так далее. Тем не менее, то, что может казаться забавным экспериментом, является довольно серьёзной наукой, подкреплённой теорией, опытами и формулами.

Так, американские и китайские ученые сконструировали небольшое устройство (2.5x2.5x22 см), которое дает возможность получать напряжение до 100 В при токе до 1.6 мкрА, что в сумме даёт примерно 0.1 мВт мощности. Авторы работы уверяют, что данного количества электроэнергии достаточно для работы нескольких светодиодов.

Идея разработки при этом довольно проста: между двумя пластинами из металла закрепляется тонкая полимерная плёнка из фторированного полиэтилен-пропилена, которая свободно перемещается между ними:

Устройство, созданное на основе трибоэлектрического эффекта: a) схема устройства; b-d) фотографии генератора; характеристики одного (e) и четырех генераторов (f), g-h) демонстрация работы на примере LED.

Авторы поясняют, что при использовании сразу двух эффектов – электростатического и трибоэлектрического – периодическое изменение расстояния между полимерной пленкой и двумя алюминиевыми пластинами приводит к транспорту зарядов между землей и алюминиевыми электродами, что, в свою очередь, дает ток электронов во внешней цепи.

Схема процесса выработки электричества при помощи трибоэлектрического наногенератора

Одним из потенциальных применений данного устройства могут стать портативные, автономные и дешевые станции измерения скорости ветра. Их можно устанавливать в таких труднодоступных районах, как пустыни или горы, при этом они будут сами обеспечивать себя электроэнергией. Небольшая аккумуляторная батарея позволит накопить достаточно энергии, чтобы считать скорость ветра и оперировать полученными данными.

Устройство для измерения скорости ветра

Статья об этом изобретении была опубликована в журнале ACS Nano, там же можно скачать видео работы устройства.