В то время как эффекты статического электричества были очаровательными случайными наблюдателями и учеными в течение многих тысячелетий, определенных аспектов того, как электричество произведено и сохранено на поверхностях, остались тайной.Теперь, исследователи обнаружили больше деталей о способе, которым определенные материалы считают обвинение даже после двух поверхностей отдельным, информация, которая могла помочь улучшить устройства, которые усиливают такую энергию как источник энергии.«Мы знали, что энергия, произведенная в электрификации контакта, с готовностью сохранена материалом как электростатические обвинения в течение многих часов при комнатной температуре», сказал Чжун Линь Ван, профессор Регентов в Школе Материаловедения и Разработки в Технологическом институте штата Джорджия. «Наше исследование показало, что есть потенциальный барьер в поверхности, которая предотвращает обвинения, произведенные от течения назад к телу, где они были от или сбегание из поверхности после контакта».
В их исследовании, о котором сообщили в марте в Продвинутых Материалах, исследователи нашли, что передача электрона – доминирующий процесс для электрификации контакта между двумя неорганическими твердыми частицами и объясняет некоторые особенности, уже наблюдаемые о статическом электричестве.«Были некоторые дебаты вокруг электрификации контакта – а именно, происходит ли передача обвинения через электроны или ионы и почему обвинения сохраняют на поверхности без быстрого разложения», сказал Ван.Это были восемь лет, с тех пор как команда Вана сначала издала исследование в области triboelectric наногенераторов, которые используют материалы, которые создают электрический заряд, когда в движении и мог быть разработан, чтобы получить энергию от множества источников, таких как ветер, океанский ток или звуковые колебания.«Ранее мы просто использовали метод проб и ошибок, чтобы максимизировать этот эффект», сказал Ван. «Но с этой новой информацией, мы можем проектировать материалы, у которых есть лучшая работа для преобразования электроэнергии».
Исследователи разработали метод, используя наноразмерный triboelectric наногенератор – состоявший из слоев или титана и алюминиевой окиси или титана и силиконового диоксида – чтобы помочь определить сумму обвинения, накапливающегося на поверхностях в течение моментов трения.Метод был способен к отслеживанию накопленных обвинений в режиме реального времени и работал по широкому спектру температур, включая очень высокие. Данные из исследования указали, что особенности triboelectric эффекта, а именно, как электроны текли через барьеры, согласовывались с электронной термоэлектронной теорией эмиссии.
Проектируя triboelectric наногенераторы, которые могли, противостоя проверяющий при высоких температурах, исследователи также нашли, что температура играла главную роль в triboelectric эффекте.«Мы никогда не понимали, что это было температурное зависимое явление», сказал Ван. «Но мы нашли, что, когда температура достигает приблизительно 300 Цельсия, передача triboelectric почти исчезает».
Исследователи проверили способность к поверхностям, чтобы поддержать обвинение при температурах в пределах от приблизительно 80 градусов Цельсия к 300 градусам Цельсия. На основе их данных исследователи предложили механизм для объяснения процесса физики в triboelectrification эффекте.
«Когда температура повышается, энергетические колебания электронов становятся больше и больше», написали исследователи. «Таким образом для электронов легче прыгать из потенциала хорошо и их или вернуться к материалу, куда они произошли из, или испустите в воздух».