当今时代最紧迫的问题之一是能源，或者说是缺乏能源。 土地的自然资源随着人口的增长而枯竭。 因此，人们转向了可再生能源，利用可再生能源可以解决不可避免的能源危机。 地热，太阳能，水力发电-所有这些都是可再生的能源，几乎是无限的（在人类生命中）。 但是还有另一种来源被称为科幻小说作家，而不是科学家。 这是男人本人。 但是没有人会把一束电线连接到人体上，并用“果冻”将其放入胶囊中。 今天将要讨论的理论基于对摩擦电效应的利用，这将使人成为可穿戴设备（手表，电话等）的能源。 让我们尝试弄清楚这项研究的实质是什么。 走吧
理论基础如前所述，
摩擦电效应*是该理论研究的基础。
简单来说， 摩擦电效应*是由于摩擦而产生的电荷。
在古希腊就已经知道这种物理现象的存在。 泰勒斯·米勒图斯（Thales of Miletus）是通过用羊毛摩擦琥珀来观察摩擦电的作者，因此第一人具有吸引小物体（头发，纸等）的能力。 随后，希腊语中的“琥珀”（ἤλεκτρον-ēlektron）一词成为了“电力”一词的基础。 但是，在那时，他们对电，其类型和性质知之甚少。 几个世纪过去了，直到对该现象进行系统的研究。
带有米勒图斯和琥珀色泰勒斯形象的邮票（1994年，希腊），由于摩擦电效应而吸引了一支钢笔。摩擦电效应在实践中如何表现出来？ 一切都非常简单。 如果您将两个物体相互摩擦，则由于这种作用，我们将得到静电。 我们周围的一切都由原子组成，原子的中心是带正电的原子核，被电子包围。 由于原子间的相互作用，如果原子在一个物体上的吸引力更大，那么第二个电子就开始向第一个移动。 因此，一个物体获取电子，而另一个失去电子，这就是静电荷的产生。
该视频非常清楚地说明了摩擦电效应的原理，并且还展示了您可以在家重复的体验。自然，并非所有材料都相同。 一些更好地积累了正电荷，另一些更好地积累了负电荷。 因此，易于表现出摩擦电效应的材料被放置在所谓的摩擦电系列中（从正到负）。
但是摩擦电效应只是研究的一部分。 除此以外，
纳米发电机 （能够将机械能或热能转化为电能的设备）也发挥着重要作用。 摩擦电效应（TENG）纳米发电机不如Thales琥珀的使用经验古老，于2012年首次得到证明。
使用这种神奇的装置收集能量是一个非常有前途的行业，因此，许多研究小组正在开发实现该技术的新方法。 试想一下：您正在城市中漫步，由于移动，手机正在充电。 听起来很酷，但是我们还没有解决很多问题，因此我们甚至都没有在电子商店的货架上看到各种口味的纳米发电机。
学习基础该研究的主要目的是基于摩擦电效应以及实现该技术的问题的理论依据，确定纳米发电机的特性和特征。
腾计划。研究人员指出，TENG中至少存在一个非导电摩擦电表面，这就是其内部阻抗（阻抗）非常高的原因。 并且当摩擦电层移动时，它可以增加更多。 结果，仅在高负载电阻的情况下才有可能通过外部负载从TENG有效地提取所需的功率。
绝大多数设备不满足这些要求，这就是为什么由于阻抗不匹配而损失大量潜在有用功率的原因。
科学家认为，了解基于阻抗变化的能量转换和功率传输的特性是改进TENG器件的基础。
实验安装架构纳米发电机的运行有多种机制。 在这项研究中，使用了垂直接触分离模型。
摩擦电层的方案。在上图中，我们看到2个TENG层带有正电荷和负电荷。 每一层均由以下几部分组成：In
2 O
3 / Ag / Au（蓝色子层），PET-聚对苯二甲酸乙二醇酯（橙色子层）和PDMS（PDMS）-聚二甲基硅氧烷（绿色子层）。 层的尺寸为50×50mm，第一层的厚度为0.22mm，第二层的厚度为0.2mm。
摩擦电荷密度为40.7μC/ m
-2 （μC-微库仑）。 介电常数等于：第一层为3.24ε0，第二层为3.3ε0，其中ε0是空白空间的介电常数。
实验设置的外观。上图所示的设备包括线性电机，移动基座，绝缘子，两个TENG层，一个负载传感器和电气连接。
该装置位于温度为20°C，相对湿度为55％的房间中（湿度越低，电荷转移越好，如视频中所述）。 电动机使各层以一定的周期接触。 这种接触（摩擦）越多，电荷密度指数越高。 在此实验中，总共进行了3,000次触摸。
结果分析实验结束后，科学家收集了所有数据，并对其进行了分析，对影响TENG设备运行的许多因素进行了归类：
- 运动：频率，幅度和接触/非接触运动方式；
- 设备：TENG设备的材料属性和尺寸。
现在，关于它们的更多信息。
频次
上图（
a ）是在不同频率（0.1 Hz至1000 Hz）下理论DDEF模型（与距离有关的电场）和TENG层理论的峰值功率指标的比较。 图表（
b ）依次显示了DDEF模型的数据，TENG层的理论以及在0.1 Hz至10 Hz频率下通过实验获得的实验数据的比较。
可以清楚地看到，随着频率的增加，输出功率也会增加。 但是，实际中的实际频率受到人体生理的限制（换句话说，我们不能像《卢比大通》中的塔斯马尼亚恶魔一样行动）。 但是，研究人员并不会感到沮丧，因为有一种方法可以将低频转换为高频。 例如，由螺旋弹簧，齿轮传动装置，凸轮机构和飞轮组成的机械调节器。 如此简单，鉴于上述细节，该设备能够提供50 Hz的频率。 （研究人员引用了Divij Bhatia的作品，可在
此处下载）。
事实证明，有一些简单有效的方法可以提高频率，从而提高输出功率。 但是，值得注意的是，该频率也不能大于某个级别（10 GHz），这与在高频下发生的介电损耗有关。
振幅为了检查运动幅度如何影响输出功率指示器，将频率水平设置为常数1 Hz，以使该参数不影响仅影响幅度的测量。
上面给出了两个图：理论结果和实验结果。 开始时的趋势类似于频率的增加，即输出功率随振幅的增加而增加。 但是，当达到一定高度（1毫米）时，它开始下降。 因此，运动幅度是非常不稳定的因素。 更准确地说，这是一个范围较窄的参数，因为振幅太低或太高，我们将无法获得理想的结果。 科学家打算进一步详细研究幅度对输出功率产生的影响，并找到优化此因子的方法。
接触/非接触驾驶模式摩擦电层在运动周期中应该接触，对吗？ 差不多了 某些设备充满电后会以非接触模式运行。 因此，有必要检查各层之间的距离如何影响TENG装置的结果。 在测试过程中，频率为1 Hz，幅度为1 mm，再次为常数，以免干扰所需参数的验证。
再一次，我们观察到两个图形（理论和实验）。 逻辑上说，输出功率各层之间的间隙的增加开始下降。 当间隙达到500μm时，值从≈430降至≈150nA（纳安）。 在这种情况下，电阻从0断开时的1 GOhm（吉欧）增加到500μm断开时的5 GOhm。
同样，严酷的现实使科学家无法建造云城堡。 结论很简单-工作TENG层之间的距离是一个关键参数。 更准确地说，它们之间没有空隙。 显然，可以说，在分离过程中，层“发散了”，但它们之间不应有空气。 例如，可以通过在TENG结构中使用诸如聚二甲基硅氧烷之类的聚合物来解决此问题。
总之，可以注意到，振幅和频率不应高于极限水平以及各层之间的距离，以使系统有效地工作。 实际上，这些都是很强的限制。 但是，包括这一研究组在内的许多研究组都在努力减少这些参数对TENG设备性能的影响。
现在，让我们继续考虑设备本身应该是什么，以便充分利用TENG技术的所有优势。 在任何设备的操作中，重要的作用不仅在于物理现象，还取决于设备的制造方式和制造方式。 正如他们所说，无论您从papier-mâché掷出多少长矛，它都不会飞过正常的长矛。
材料特性让我们提醒自己，摩擦电荷密度直接取决于几个因素：摩擦电系列（物质之间的距离越远，它们之间的相互作用越好，如上面的视频中所述），摩擦电表面的结构，在施加力的影响下的接触面积以及环境因素。
为了检查什么以及它如何影响什么，在正弦运动（频率= 1 Hz，振幅= 1 mm）下使用DDEF模型，而设备参数与实际实验中的参数一致。
数据分析表明，输出功率指数随电荷密度的增加而增加。 在这种情况下，当电荷密度改变时，内部阻抗不会改变。
但是环境参数（例如湿度，温度和压力）的变化自然会影响电荷密度，从而使该指示器不稳定。 如果设备在受控环境中运行，则可以保持该指示器的稳定性。 当然，这是非常可悲的，因为在实践中，我们不会仅在某些条件下使用设备。 因此，这一时刻也被科学家们送去进一步完善和研究。
科学家们还注意到，尽管该理论实验显示出生动的关系，但实际上却很难实施，因为实际上改变材料参数意味着要替换材料本身，这意味着改变所有其他特性。
物理尺寸对于便携式设备，我们知道它们的组成部分应尽可能小（对双关语很抱歉）。 但是有一定的界限，越过界限，我们为了小尺寸而牺牲了效率。
上面的两张图表示当PDMS层的厚度发生变化时测量输出功率的结果（左侧为理论，右侧为实验）。 随着PDMS厚度的增加，输出功率指数降低。 理论上的趋势已经在实践中得到证实，如果我们比较两个图表就可以看出。
当PDMS的厚度较大时，带有TENG层带电表面的电场应扩展到更大的距离，以便到达发生输出电荷感应的电极-电介质界面。 这导致电场的减弱，其随后导致输出功率的降低和阻抗的增加。 因此，这里没有应用“越多越好”的原则。
更改长度时的情况有所不同。 如果将上面的数字与50 mm和1000 mm的长度进行比较，则当设备伸长时，输出功率会增加。 这很好，因为面积更大-功率更大。 但是，对于TENG设备基本上旨在充电的紧凑型设备，如果它们的长度只有一米，则很难称呼它。
有关研究的详细信息（理论模型，公式，计算等）可以在科学家的
报告以及
其他 报告中找到。
结语本研究旨在描述摩擦电纳米发电机的特性，重要的影响因素和特点。 研究人员自己说，他们的工作应该对TENG设备的未来发展有所帮助，因为它清楚地表明了该技术的优缺点。 正如我们所看到的，还有许多工作要做，以便我们最终不再担心可穿戴设备在行走过程中会被排出。
能源一直是人类的价值，无论其类型如何。 但是，如果以前我们只是清理了行星给我们的东西，那么现在我们需要寻找产生能量的方法，这对每个人都足够。 令人遗憾的是，我们实际上实际上耗尽了自然资源就成为了开始进行这种搜寻的动力。 正如某人说的（我不记得是谁）：为什么不在所有人之间共享一切？ 但是因为很少，但是很多。 希望在能源问题上早晚有所改变。
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