За повечето хора статичното електричество е леко болезнена неприятност. Въпреки това, през последните години инженерите работят за използването на този на пръв поглед случаен феномен за генериране на малки количества електроенергия евтино и лесно.
Повечето статично електричество е продукт на "трибоелектричния ефект", което се случва, когато два материала влизат в контакт и електроните се търгуват между тях. Когато материалите се раздробяват, има дисбаланс на остатъците от електроните, като някои от атомите на материалите натрупват допълнителни електрони, отколкото други.
Този дисбаланс създава електрически заряд на материалите, а желанието на атомите на материалите да се върнат към неутрален заряд означава, че се е родило електричество. Шокът, който получавате, когато докоснете копчето на вратата, след като преминете по плюшен килим, са атомите на вашето тяло, изхвърлящи допълнителните електрони, събрани от килима, за да могат да се върнат към неутрален заряд.
Трибоелектричеството е непредсказуемо, но инженерите през последните няколко години създават иновативни начини за улавяне на потенциала му, вариращи от електроди в автомобилни гуми до дървени дъски, които създават статично при стъпване. Един от пионерите в тази област е инженерът на Института на Джорджия Джонг Лин Уанг, който е създал трибоелектрични генератори от голямо разнообразие от материали, включително ултра тънки полимери, които могат да служат като сензорни екрани, тъкани и дори рециклирани бутилки със сода.
"Можете да използвате почти всякакви материали за тази цел", казва Уанг. За най-новото си трибоелектрическо творение Ванг посегна на материал, който малко биха свързвали с електричеството - хартия. Като дете Ванг казва, че е играл със сложни творения, направени от рязане и сгъване на хартия. Това източноазиатско изкуство, което датира от хиляди години, се нарича „киригами“, което в превод означава „нарязана хартия“ (тясно е свързана с по-известното „оригами“, което означава сгъване на хартия).
"Това е може би най-евтиният материал [възможен]", казва Ванг защо е избрал хартия, "и това е биоразградим и безопасен материал, който използваме всеки ден."
Ванг и неговият екип нарязаха шкурка на правоъгълници с лазери и ги покриха на тънки слоеве злато и други проводими материали. След това сглобиха правоъгълниците в триизмерни ромбови форми. Тези ромби, които могат да се поберат в дланта на ръката и да се сгънат, за да се съхраняват в портфейл или джоб, генерират електричество, когато човек натисне върху тях с пръсти. Това привежда проводящите слоеве в контакт помежду си, изграждайки дисбаланса на електроните, който причинява статичен заряд. Многократното стискане на хартиеното устройство за няколко минути може да създаде около 1 волта енергия, което е достатъчно, за да заредите часовник или безжично дистанционно управление или дори малко медицинско устройство за няколко минути при спешни случаи, казва Уанг.
Използването на Ван на отрязана решетъчна структура вътре в ромба беше „умен подход за увеличаване на повърхността за трибоелектрическото поколение“, казва инженерът от Мичиганския университет Макс Штейн, който е използвал киригами за създаване на триизмерни слънчеви панели, които могат да улавят повече светлина като слънце се движи в небето. Електроинженерът от университета в Колумбия Джон Кимисис, който подобно на Штейн, не е участвал в това изследване, също имаше похвали за „умен дизайн на Ван за интегрирана структура за генериране и съхранение на енергия“.
Уанг, който има патент на това устройство, се надява, че той ще бъде разработен след няколко години, за да бъде потенциално продаден като евтино зарядно за еднократна употреба или, което е още по-важно, като инструмент за обучение на децата за това как работи електричеството.
„Те могат да генерират мощност и да запалят светлини“, казва Ванг за потенциала. "Всички тези добри неща, които могат да направят с проста структура."
Зарядното за хартия е описано в скорошен брой на списание ACS Nano.
