新見(jiàn)解可為自供電低能耗設(shè)備鋪平道路

大多數(shù)人都感覺(jué)到在走過(guò)地毯后抓住一個(gè)門(mén)把手，或看到氣球在劇烈摩擦片刻后會(huì)如何粘在模糊的表面上。

雖然幾千年來(lái)靜電的影響一直是休閑觀察者和科學(xué)家的迷人之處，但電流如何產(chǎn)生和存儲(chǔ)在表面上的某些方面仍然是一個(gè)謎。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了更多有關(guān)某些材料即使在兩個(gè)表面分離后仍能充電的細(xì)節(jié)，這些信息可以幫助改善利用這種能量作為電源的設(shè)備。

“我們已經(jīng)知道，接觸帶電產(chǎn)生的能量在室溫下很容易被材料保留為靜電荷數(shù)小時(shí)，”佐治亞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院的Regents教授鐘林林說(shuō)。“我們的研究表明，在表面存在潛在的阻擋層，可防止產(chǎn)生的電荷流回固體，在接觸后它們從表面流出或從表面逸出。”

研究人員在3月份的“ 先進(jìn)材料 ”雜志上發(fā)表的研究中發(fā)現(xiàn)，電子轉(zhuǎn)移是兩種無(wú)機(jī)固體之間接觸帶電的主要過(guò)程，并解釋了一些已經(jīng)觀察到的靜電特性。

“圍繞接觸電氣化存在一些爭(zhēng)論 - 即電荷轉(zhuǎn)移是通過(guò)電子還是離子發(fā)生的，以及為什么電荷保留在表面而不會(huì)快速消散，”王說(shuō)。

自王氏團(tuán)隊(duì)首次發(fā)表摩擦電納米發(fā)電機(jī)研究已有8年，摩擦電納米發(fā)電機(jī)采用的材料在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電荷，可用于從風(fēng)，洋流或聲音振動(dòng)等各種來(lái)源獲取能量。

研究人員開(kāi)發(fā)了一種使用納米級(jí)摩擦納米發(fā)電機(jī)的方法 - 由鈦和氧化鋁或鈦和二氧化硅層組成 - 有助于量化摩擦瞬間在表面積聚的電荷量。

該方法能夠?qū)崟r(shí)跟蹤累積的電荷，并在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，包括非常高的溫度。研究數(shù)據(jù)表明，摩擦電效應(yīng)的特征，即電子如何穿過(guò)勢(shì)壘，與電子熱電子發(fā)射理論一致。

通過(guò)設(shè)計(jì)能夠承受高溫測(cè)試的摩擦電納米發(fā)電機(jī)，研究人員還發(fā)現(xiàn)溫度在摩擦電效應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。

“我們從未意識(shí)到這是一種與溫度有關(guān)的現(xiàn)象，”王說(shuō)。“但我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度達(dá)到約300攝氏度時(shí)，摩擦電轉(zhuǎn)移幾乎消失。”

研究人員測(cè)試了表面在約80攝氏度至300攝氏度的溫度范圍內(nèi)保持電荷的能力。基于他們的數(shù)據(jù)，研究人員提出了一種解釋摩擦起電效應(yīng)中物理過(guò)程的機(jī)制。

“隨著溫度的升高，電子的能量波動(dòng)變得越來(lái)越大，”研究人員寫(xiě)道。“因此，電子更容易從勢(shì)阱中跳出來(lái)，它們要么回到它們來(lái)自的物質(zhì)，要么發(fā)射到空氣中。”