Nanogeneratory tryboelektryczne (TENG) to małe, inteligentne urządzenia. Zamieniają tarcie w energię elektryczną. Pocierasz o siebie dwa przedmioty – na przykład balon i wełniany sweter – i następuje przeniesienie ładunku. Elektryczność statyczna napotyka sieć energetyczną.
Sama koncepcja nie jest nowa. Benjamin Franklin bawił się maszynami statycznymi wieki temu. Ale nowoczesny TENG? Należy do roku 2012. Cun Lin Wang i jego zespół zmienili zasady gry. Użyli cienkiej warstwy dielektrycznej do indukowania ładunku poprzez indukcję elektrostatyczną. Elektroda dodatnia. Elektroda ujemna. Prąd płynie. Światła migają.
Dlaczego są tak kochani?
– Są tanie.
– Łatwy w produkcji.
– Bardziej wydajne niż piezoelektryki i termoelektryki przy niskich częstotliwościach.
– Mają wyższą moc wyjściową jak na swój rozmiar.
Teraz cały świat chce z nich korzystać. Nie do zasilania całych miast, ale do zadań lokalnych. Czujniki małej mocy. Urządzenia przenośne z własnym zasilaniem. Nie ma potrzeby wymiany baterii. Po prostu idź, pobiegnij trochę, pozwól, aby tarcie zrobiło swoje.
„Wydawało mi się… że powstające TENG mają wiele fascynujących aspektów trybologii.”
Profesor Daniel Mulvilil przyłączył się do badań w 2017 r. nie tylko dlatego, że technologia była fajna. Miało to związek z jego pochodzeniem. Bada tarcie powierzchni na powierzchniach. Trybologia. I zobaczył bałagan.
Do 2020 roku otrzymał dofinansowanie z EPSRC na pięcioletni projekt. Nazwa? Coś długiego na temat „Tkanin tekstylnych nowej generacji z autonomiczną energią”. Partnerami byli Heriot-Watt i Atlantycki Uniwersytet Technologiczny. Chcieli włączyć te generatory do odzieży. Wyobraź sobie rozruszniki serca. Monitory serca. Opaski fitness, które nigdy się nie rozładują. Wszystko to napędzane jest prostymi działaniami: oddychaniem, chodzeniem, samym faktem istnienia.
To jest problem.
Wszyscy starają się ulepszyć TENG. Inżynieria materiałowa rozwija się dynamicznie. Elektroniczne innowacje idą naprzód. Ale nikt nie może zgodzić się co do sposobu ich testowania.
Testowanie to chaos.
Jeśli laboratorium A doskonale przetestuje obróbkę powierzchni, uzyska doskonałe wyniki. Laboratorium B wykonuje tę samą obróbkę, ale przesuwa powierzchnię o milimetr? Moc elektryczna spada do zera. Nagle materiał wygląda okropnie. Ale on nie jest straszny. Po prostu badanie zostało przeprowadzone nieprawidłowo.
Zmienne są wszędzie.
– Chropowatość powierzchni.
– Nacisk kontaktowy.
– Temperatura.
– Wilgotność.
– Wyrównanie.
Drobne zmiany niszczą porównywalność danych. Bez standardowych wytycznych artykuł z Glasgow nie znaczy nic w porównaniu z artykułem z Pekinu. Nauka stoi w miejscu. Nie możesz porównywać jabłek z pomarańczami, jeśli nawet nie wiesz, w którym koszyku są pomarańcze.
Nowa praca Mulvililla – oczywiście ogólnodostępna – próbuje to skorygować. Pełni funkcję przewodnika. Wczesne testy były prymitywne, polegały głównie na rzucaniu przedmiotami w ścianę i sprawdzaniu, czy prąd się zatrzymuje. W tym artykule zebrano aktualne najlepsze praktyki.
Wyjaśnia fizykę każdego czynnika. Opisuje szczegółowo, w jaki sposób środowisko zabija lub zwiększa moc wyjściową. Sugeruje sposoby ograniczenia błędów. Zasadniczo jest to przewodnik, jak nie oszukiwać samego siebie.
„Najbardziej ekscytującą częścią… było połączenie naszych własnych doświadczeń… z niesamowitymi obserwacjami rozsianymi po całej literaturze.”
Chodzi o skondensowanie chaosu w jednym podręczniku. Dokładne testy wymagają precyzyjnej kontroli. Kropka.
Główna prośba? Standardy. Prawdziwe, rygorystyczne, międzynarodowe standardy.
Mulvilil chce interwencji Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO). Utwórz komisję ekspertów. Napisz zasady. Ponieważ badacze muszą wiedzieć, kiedy wynik jest prawdziwy, a nie tylko artefakt złego projektu eksperymentu.
To ma sens. Albo powinienem. Technologia rozwija się zbyt szybko, aby tradycyjna wiedza była w stanie utrzymać poprzeczkę. Ktoś musi wyznaczyć granice. Czy kogoś posłuchają? Czas pokaże.
