どうやら、北京のナノエネルギーとナノシステム研究所とジョージア工科大学の研究をうまく組み合わせた王教授のグループが彼女の格言として選んだのは、この原則でした。 過去6か月間で、アメリカの化学協会ACSNanoのジャーナル （インパクトファクター12.062）にのみ合計7つの作品が発表されました。それらについては本日お話しします。 さらに、これらのシステムは、ウェアラブルセンサーやスマートクロスの主要な電源になる可能性があります。
序文の代わりに
今年の初めに、この作品が出版され、摩擦電気による発電に関するHabréの簡単な説明が行われました。 記事の著者は、開発に基づいて、例えば、自律的な気象観測所を作成することが可能であると指摘したが、それは、いくつかのエキゾチックで、おそらく国民経済に通常適用されないように見えた。 宝庫からのように、静電気を使用する多くの方法が提案されている高評価の雑誌に記事が流れ始めたときの驚きを想像してください。
しかし、主なことから始めましょう-物理学への短いエクスカーションと、前の記事の素材の繰り返しです。 そのため、私たちの多くは、 摩擦電気 、つまり、2つの物質または物質が摩擦する（たとえば、密度が異なる）ときに発生する電気（より正確には電荷の分離）などの日常生活で遭遇しています。 さらに、このような電荷の分離は、実際には電荷（または電流）の大きさと電位差という2つの主要な特性によって説明できます。 もちろん、これらの特性は、湿度、温度、使用する材料の性質など、多くのパラメータに依存します。
Habrの親愛なる崇拝者が自宅に合成毛布を持っている場合、暗闇の中でこの毛布を分類すると、体またはその個々の部分の間で火花が飛び交うのを見ることができます。 同様の例-チャンネル「Simple Science」 Bredunの実験 ：
またはもう1つ：
通常、学校での物理学の授業では、この効果は役に立たないか有害なものとして提示されます（たとえば、航空機のコンピューター機器など）。しかし、これは完全に真実ではありません。例を見てみましょう。
Hörtihr mich？
「聞こえますか？」-ドイツのバンド、ラムシュタインの1曲で歌われた。 はい、研究者は自信を持って、自己給電型マイク、身体の位置の音響測定、さらには音響スケールにトライボジェネレーターを使用することを提案したと述べました。
開発したデバイスのスキームを以下に示します。 コンデンサーの誘導または静電容量を変更するなどの電磁効果の代わりに、測定された特性は、 トライボジェネレーターの場合のように、電流であるという点だけが違います。
デバイスの自動給電マイクと音響波検出器（ PET-ポリエチレンテレフタレート、 PTFE-テフロン）
もちろん、音響特性も決定されました。 当然、音量が大きいほど（音源がマイク自体に近くなるほど）、そのようなマイクの動作は向上しますが、デバイスが外部電源を必要としないことを忘れないでください。信号は受信機によって増幅される可能性があります。
結果として得られるデバイスの電気的および音響特性：（a）開放電圧、（b）短絡電流、（c）これらの特性のアクティブ素子までの距離への依存性、および（d）マイクパターン
マイクにはそのような指向性パターンがあるため、音源の位置の検出器、さらには自己給電を作成しないことは基本的に罪です。 実際には、いくつかのソース間の信号相関に基づいて行われました。
デバイスを使用して音源を検出する例
そして、これだけではありません。また、このビデオで示されているように、同様の膜を使用して、音を使用してオブジェクトの重量を測定することができます。 科学者は、270 mV / mgの感度を達成することができ、質量は40 mgから400 mgになりました。 原則として、このようなスケールは、非常に低価格で高感度であるため、ジュエリー業界での用途があります。
マイクと音声位置検出器の操作に関するビデオは、 公式WebサイトまたはYandex-Diskで見ることができます。
ACSNanoのオリジナル記事（DOI：10.1021 / nn4063616）。
あちこちに、あなたと私に-電気。
（a、b）摩擦発電機の図。 （c-e）組み立ておよび分解した状態の銅接点を備えたポリマーフィルム（ カプトン ）
このデバイスはわずかにkhm-khm ...エロティックに見えますが、何をすべきか、科学には犠牲が必要です。 最初の記事で、 2つの電極間で小さな銅断面を持つポリマープレートが振動した場合、図に示すように、2つのポリマーフィルムが相互に移動すると電荷が蓄積されます。
摩擦発電機の動作原理（a）、およびこのシステムのシミュレーションデータ（bf）。
著者はまた、このトライボジェネレーターが波または人の動きからどのように活性化されるかについてのビデオをいくつか公開しました（ 出版社の公式ウェブサイトまたはYandex-Diskから見ることができます）。
また、最大出力電力は、示されているデバイスの約300μAの電流および1 m / sの速度で10〜12 mW（1.36 W / m 2 ）だけですが、これは潜在的にナビゲーションビーコンに使用できます。冗談を言ったり、組み込みのカーディオメーターやトラッカーに燃料を供給するためにウェアラブルなスマートな服を着ること。 これについては、記事の最後で詳しく説明します。
ACSNanoのオリジナル記事（DOI：10.1021 / nn500694y）。
この作業の論理的な継続は、波と雨滴を使用した発電機の2つのモデルの開発でした。
最初のケースでは、図に示すように、ローリング波がいくらかの電荷をもたらし、フッ素化ポリエチレンプロピレン（ FEP ）のポリマーフィルムによって「吸収」されます。
潮dal波に基づく摩擦発電機の動作スキーム
そのような発電機の電力はユニットW / m 2のレベルにありますが、そのような設備を未使用の海岸に沿って配置できるという事実を考慮すると、原理的には有望で魅力的です。 さらに、雨または流水を使用して電気を生成することもできます-ビデオ（ 出版社の公式WebサイトまたはYandex-Diskから）。
ACSNanoのオリジナル記事（DOI：10.1021 / nn5012732）。
2番目のケースでは、より複雑なデュアル回路システムを使用しました。これにより、液滴の落下による静電気を変換できるだけでなく、液滴と表面の衝撃相互作用からエネルギーを受け取ることができます。
二重回路摩擦発電機の一般的なスキーム：最初の回路は表面非濡れ性と雨滴の転がりを提供する二酸化チタンナノ粒子であり、2番目の回路は入射液滴の衝撃でテフロンフィルムと接触する二酸化ケイ素ナノ粒子です
このようなジェネレーターの傾斜面に落下する液滴は、一定の電荷（たとえば、正）を運び、表面に沿って掘る過程でポリマーフィルムを（それぞれ、負に）帯電させ、銅電極はこの過剰な負電荷のみを「収集」します。 ただし、2番目の回路は、上記で何度か説明した原理に基づいて動作します。衝突すると、二酸化ケイ素のナノ粒子がテフロンフィルムと接触し、電位差が生じて帯電します。 回路図形式での2つの回路の動作の詳細を以下に示します。
最終的に、最初の回路は約1.3 W / m 2の電力を供給しますが、液滴の落下の機械的エネルギーを利用する回路では、さらに0.3〜0.4 W / m 2を得ることができます。 さらに、このようなシステムに基づいて、さまざまな分子の自己励起センサーを作成できます。 特に、この記事では、特定の化合物の割合を測定できるエタノールセンサーの例を示しています。 また、大都市の状況では、これらはさまざまなガスのセンサーとなり、空気の生態学的状態を判断できます。
デバイスの操作を示すビデオは、 出版社の公式WebサイトまたはYandex-Diskで見ることができます。
ACSNanoのオリジナル記事（DOI：10.1021 / nn501983s）。
ウェアラブル充電システムに向けて
そして今日お話ししたい最後の記事は、実際に充電プロトタイプに捧げられており、数年で私たちのスマートな服のために私たちの普段着に組み込むことができます。
圧縮と張力による摩擦電気生成の概念スキーム
この開発の本質は、圧縮または伸張時に再び静的または摩擦電気が発生することです。これは、たとえばスマートフォンをポケットに入れて充電したり、歩いたり走ったりするときに保存できます。 原則として、このようなシステムは、上で示したように、水滴や津波の落下から電気を生成するためにも使用できます。 また、生成される電力はそれほど大きくありませんが（〜0.4 W / m 2 ）、実験ではLEDアレイに電力を供給するのに十分でした（ ビデオを参照）。
著者は、デバイスの操作を示すいくつかのビデオも公開しました。これらのビデオは、出版社の公式WebサイトまたはYandex-Diskで見ることができます。
ACSNanoのオリジナル記事（DOI：10.1021 / nn502618f）。
ただし、摩擦電気を生成するための上記のプラットフォームの最大出力は、100 Hzを超える低減周波数で達成されます。これは、アスリートにとってより興味深いことですが、2番目の研究では、科学者は通常の綿の糸に基づいてファブリックを作成しました。これにより、歩行時に筋肉の収縮によって電気を生成できますたとえば、または単純なパット。
電気を生成できる新しい生地：特殊な繊維が普通の綿に織り込まれています
この場合、綿繊維は最初にカーボンナノチューブでコーティングされ、次にそれらのいくつかはさらにテフロンでコーティングされます。 さらに、このような繊維のペアは通常の布地に織り込まれ、繊維同士の動きと摩擦により摩擦電気発生器として機能します。
摩擦電気を生成する2本の繊維の電気的原理
繰り返しますが、そのようなデバイスの比出力は、私たちが望むほど大きくなく、蓄積電荷もありません-半分あたりわずか数nCですが、これは単純な指の動きでモノクロディスプレイを復活させるのに十分です（ ビデオを参照）。
または、このような少量の電気で、衣服に組み込まれたセンサー（温度計など）で十分な場合があります。このセンサーを作動させると、トライボジェネレーターの位置をたどることができます。
ウェアラブル自己装填式温度計-ウェアラブル電子機器への別のステップ
デモ付きのビデオは、出版社の公式ウェブサイトまたはYandex-Diskで見ることができます。
ACSNanoのオリジナル記事（DOI：10.1021 / nn501732z）
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