Трибоэлектрические наногенераторы (ТЭНГ) — это умные маленькие устройства. Они превращают трение в электричество. Вы трёте два предмета друг о друга — например, воздушный шарик и шерстяной свитер — и происходит перенос заряда. Статическое электричество встречается с энергосетью.
Сама концепция не нова. Бенджамин Франклин играл со статическими машинами столетия назад. Но современный ТЭНГ? Он принадлежит 2012 году. Цунь Линь Ван и его команда изменили правила игры. Они использовали тонкий диэлектрический слой для индукции заряда посредством электростатической индукции. Положительный электрод. Отрицательный электрод. Ток течёт. Лампочки вспыхивают.
Почему их так любят?
— Они дёшевы.
— Просты в изготовлении.
— Эффективнее пьезоэлектриков и термоэлектриков на низких частотах.
— Имеют более высокую выходную мощность для своих габаритов.
Сейчас весь мир хочет их использовать. Не для питания целых городов, а для локальных задач. Низкопотребляющие датчики. Самопитаемые носимые устройства. Не нужно менять батарейки. Просто ходите, немного побегайте, позвольте трению сделать свою работу.
«Мне казалось… что у появляющихся ТЭНГов было много завораживающих аспектов трибологии».
Профессор Дэниел Малвилил присоединился к исследованиям в 2017 году не только потому, что технология была крутой. Это было связано с его бэкграундом. Он изучает трение поверхностей об поверхности. Трибологию. И он увидел бардак.
К 2020 году он получил финансирование от EPSRC на пятилетний проект. Название? Что-то длинное про «Текстильные ткани следующего поколения с автономной энергетикой». Партнёрами выступили Heriot-Watt и Atlantic Technological University. Они хотели внедрить эти генераторы в одежду. Представьте себе кардиостимуляторы. Мониторы сердечной деятельности. Фитнес-трекеры, которые никогда не разряжаются. Всё это питается от простых действий: дыхания, ходьбы, самого факта существования.
Вот в чём проблема.
Все стараются сделать ТЭНГы лучше. Наука о материалах бурно развивается. Электронные инновации летят вперёд. Но никто не может договориться о том, как их тестировать.
Тестирование — это хаос.
Если Лаборатория А идеально тестирует поверхностную обработку, они получают отличные результаты. Лаборатория Б проводит ту же обработку, но сдвигает поверхность на миллиметр? Электрическая мощность падает до нуля. Вдруг материал выглядит ужасным. Но он не ужасен. Просто тест был проведён неправильно.
Переменные повсюду.
— Шероховатость поверхности.
— Контактное давление.
— Температура.
— Влажность.
— Выравнивание.
Незначительные изменения уничтожают сопоставимость данных. Без стандартных руководств статья из Глазго ничего не значит по сравнению с одной из Пекина. Наука встаёт на месте. Вы не можете сравнить яблоки с апельсинами, если даже не знаете, в какой корзине лежат апельсины.
Новая статья Малвилилла — конечно, с открытым доступом — пытается это исправить. Она служит руководством. Ранние тесты были грубыми, по сути, это было «бросание вещей в стену» и наблюдение, прилипнет ли электричество. Эта статья собирает лучшие современные практики.
Она объясняет физику каждого фактора. Подробно описывает, как среда убивает или усиливает выходную мощность. Предлагает способы снижения ошибок. По сути, это путеводитель по тому, как не обманывать самого себя.
«Самой захватывающей частью… было объединение нашего собственного опыта… с удивительными наблюдениями, разбросанными по литературе».
Речь идёт о сведении хаоса в один справочник. Точные тесты требуют точного контроля. Точка.
Главная просьба? Стандарты. Настоящие, строгие, международные стандарты.
Малвилил хочет, чтобы Международная организация по стандартизации (ISO) вмешалась. Создать комитет экспертов. Написать правила. Потому что исследователям нужно знать, когда результат реален, а не является просто артефактом плохой экспериментальной постановки.
Это имеет смысл. Или должно иметь. Технология развивается слишком быстро для того, чтобы традиционные знания могли удерживать планку. Кому-то нужно провести границы. Послушают ли кого-то? Время покажет.
