ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం మరియు TENG నానోజెనరేటర్లు

ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ అనేది కొన్ని పదార్థాలు ఒకదానికొకటి రుద్దినప్పుడు వాటిలో విద్యుత్ చార్జీలు కనిపించడం యొక్క దృగ్విషయం. ఈ ప్రభావం అంతర్లీనంగా ఒక అభివ్యక్తి సంప్రదింపు విద్యుదీకరణ, ఇది పురాతన కాలం నుండి మానవాళికి తెలిసినది.

థేల్స్ ఆఫ్ మిలేట్స్కీ కూడా ఉన్నితో రుద్దిన అంబర్ స్టిక్‌తో చేసిన ప్రయోగాలలో ఈ దృగ్విషయాన్ని గమనించాడు. మార్గం ద్వారా, "విద్యుత్" అనే పదం అక్కడ నుండి ఉద్భవించింది, ఎందుకంటే గ్రీకు నుండి అనువదించబడిన "ఎలక్ట్రాన్" అనే పదానికి అంబర్ అని అర్ధం.

ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ప్రదర్శించగల పదార్థాలను ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ క్రమం అని పిలవబడే క్రమంలో అమర్చవచ్చు: గాజు, ప్లెక్సిగ్లాస్, నైలాన్, ఉన్ని, పట్టు, సెల్యులోజ్, పత్తి, అంబర్, పాలియురేతేన్, పాలీస్టైరిన్, టెఫ్లాన్, రబ్బరు, పాలిథిలిన్, మొదలైనవి.

లైన్ ప్రారంభంలో షరతులతో కూడిన "సానుకూల" పదార్థాలు ఉన్నాయి, చివరిలో - షరతులతో కూడిన "ప్రతికూల". మీరు ఈ క్రమంలోని రెండు పదార్థాలను తీసుకొని వాటిని ఒకదానికొకటి రుద్దితే, "పాజిటివ్" వైపుకు దగ్గరగా ఉన్న పదార్థం సానుకూలంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు మరొకటి ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది. మొట్టమొదటిసారిగా, 1757లో స్వీడిష్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త జోహన్ కార్ల్ విల్కే ద్వారా ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ సిరీస్‌ను సంకలనం చేశారు.

భౌతిక దృక్కోణం నుండి, ఒకదానికొకటి రుద్దుకునే రెండు పదార్థాలలో ఒకటి ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడుతుంది, ఇది దాని పెద్ద విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం ద్వారా మరొకదానికి భిన్నంగా ఉంటుంది. ఈ అనుభావిక నమూనాను కోహెన్ నియమం అని పిలుస్తారు మరియు ఇది ప్రధానంగా అనుబంధించబడింది విద్యుద్వాహకములకు.

ఒక జత రసాయనికంగా ఒకేలా ఉండే విద్యుద్వాహకాలను ఒకదానికొకటి రుద్దినప్పుడు, దట్టమైనది సానుకూల చార్జ్‌ని పొందుతుంది. ద్రవ విద్యుద్వాహకాలలో, అధిక విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం లేదా అధిక ఉపరితల ఉద్రిక్తత కలిగిన పదార్ధం ధనాత్మకంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది. లోహాలు, మరోవైపు, విద్యుద్వాహకము యొక్క ఉపరితలంపై రుద్దినప్పుడు, సానుకూలంగా మరియు ప్రతికూలంగా విద్యుదీకరించవచ్చు.

ఒకదానికొకటి రుద్దుకునే శరీరాల విద్యుదీకరణ స్థాయి మరింత ముఖ్యమైనది, వాటి ఉపరితలాల వైశాల్యం ఎక్కువ. శరీరం యొక్క ఉపరితలంపై దుమ్ము యొక్క ఘర్షణ అది వేరు చేయబడిన (గాజు, పాలరాయి, మంచు దుమ్ము మొదలైనవి) ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది. జల్లెడ ద్వారా ధూళిని జల్లెడ పట్టినప్పుడు, ధూళి కణాలు కూడా చార్జ్ అవుతాయి.

ఘనపదార్థాలలో ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఈ క్రింది విధంగా వివరించవచ్చు. ఛార్జ్ క్యారియర్లు ఒక శరీరం నుండి మరొక శరీరానికి కదులుతాయి. సెమీకండక్టర్స్ మరియు లోహాలలో, ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ అనేది ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక కారణంగా తక్కువ పని పనితీరు ఉన్న పదార్థం నుండి అధిక పని పనితీరు ఉన్న పదార్థానికి.

విద్యుద్వాహకము లోహానికి వ్యతిరేకంగా రుద్దినప్పుడు, లోహం నుండి విద్యుద్వాహకానికి ఎలక్ట్రాన్ల పరివర్తన కారణంగా ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ విద్యుదీకరణ జరుగుతుంది. ఒక జత విద్యుద్వాహకాలను ఒకదానితో ఒకటి రుద్దినప్పుడు, సంబంధిత అయాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్ల పరస్పర వ్యాప్తి కారణంగా ఈ దృగ్విషయం సంభవిస్తుంది.

ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క తీవ్రతకు గణనీయమైన సహకారం ఒకదానికొకటి ఘర్షణ ప్రక్రియలో శరీరాలను వేడి చేయడం యొక్క వివిధ స్థాయిలు కావచ్చు, ఎందుకంటే ఈ వాస్తవం మరింత వేడిచేసిన పదార్ధం యొక్క స్థానిక అసమానతల నుండి క్యారియర్‌ల స్థానభ్రంశంకు కారణమవుతుంది - "నిజం". ట్రైబోఎలెక్ట్రిసిటీ. అదనంగా, పైజోఎలెక్ట్రిక్స్ లేదా పైరోఎలెక్ట్రిక్స్ యొక్క వ్యక్తిగత ఉపరితల మూలకాల యొక్క యాంత్రిక తొలగింపు ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావానికి దారి తీస్తుంది.

ద్రవాలకు వర్తింపజేస్తే, ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క అభివ్యక్తి రెండు ద్రవ మాధ్యమాల మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద లేదా ద్రవ మరియు ఘనాల మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద విద్యుత్ డబుల్ లేయర్‌ల రూపానికి సంబంధించినది. ద్రవాలు లోహాలకు వ్యతిరేకంగా రుద్దినప్పుడు (ప్రవాహం లేదా ప్రభావం స్ప్లాష్‌ల సమయంలో), లోహం మరియు ద్రవం మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్‌లో చార్జీల విభజన కారణంగా ట్రైబోఎలెక్ట్రిసిటీ ఏర్పడుతుంది.

రెండు ద్రవ విద్యుద్వాహకాలను రుద్దడం ద్వారా విద్యుదీకరణ అనేది విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాలు భిన్నంగా ఉండే ద్రవాల మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్‌లో ఎలక్ట్రిక్ డబుల్ లేయర్‌లు ఉండటం వల్ల కలుగుతుంది. పైన పేర్కొన్న విధంగా (కోహెన్ నియమం ప్రకారం), తక్కువ విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం కలిగిన ద్రవం ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు ఎక్కువ ద్రవం ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడుతుంది.

ఘన విద్యుద్వాహకము యొక్క ఉపరితలంపై లేదా ద్రవ ఉపరితలంపై ప్రభావం కారణంగా ద్రవాలను స్ప్లాష్ చేసేటప్పుడు ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ద్రవ మరియు వాయువు మధ్య సరిహద్దు వద్ద విద్యుత్ డబుల్ లేయర్‌లను నాశనం చేయడం వల్ల సంభవిస్తుంది (జలపాతాలలో విద్యుదీకరణ ఈ విధానం ద్వారా ఖచ్చితంగా జరుగుతుంది) .

ట్రైబోఎలెక్ట్రిసిటీ అనేది సింథటిక్ ఫాబ్రిక్ వంటి విద్యుద్వాహకాలలో విద్యుత్ చార్జీల అవాంఛిత సంచితానికి దారితీసినప్పటికీ, ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ఘనపదార్థాలలోని ఎలక్ట్రాన్ ట్రాప్‌ల శక్తి వర్ణపటాన్ని అధ్యయనం చేయడంలో, అలాగే ప్రకాశించే కేంద్రాలను అధ్యయనం చేయడానికి ఖనిజశాస్త్రంలో ఈరోజు ఉపయోగించబడుతుంది. , ఖనిజాలు, శిలలు మరియు వాటి వయస్సు ఏర్పడటానికి పరిస్థితులను నిర్ణయించడం.

TENG ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ నానోజెనరేటర్లు

మొదటి చూపులో, ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం శక్తివంతంగా బలహీనంగా మరియు అసమర్థంగా కనిపిస్తుంది ఎందుకంటే ఈ ప్రక్రియలో ఉన్న తక్కువ మరియు అస్థిర విద్యుత్ ఛార్జ్ సాంద్రత. అయినప్పటికీ, జార్జియా టెక్‌లోని శాస్త్రవేత్తల బృందం ప్రభావం యొక్క శక్తి లక్షణాలను మెరుగుపరచడానికి ఒక మార్గాన్ని కనుగొంది.

అయస్కాంత ప్రేరేపణతో సాంప్రదాయ ఇండక్షన్ జనరేటర్లకు సంబంధించి సాధారణంగా జరిగే విధంగా అత్యధిక మరియు అత్యంత స్థిరమైన అవుట్‌పుట్ శక్తి దిశలో నానోజెనరేటర్ వ్యవస్థను ఉత్తేజపరచడం పద్ధతి.

బాగా రూపొందించిన ఫలితంగా వోల్టేజ్ గుణకార పథకాలతో కలిపి, బాహ్య స్వీయ-ఛార్జ్ ఉత్తేజిత వ్యవస్థ ఒక చదరపు మీటరుకు 1.25 mC కంటే ఎక్కువ ఛార్జ్ సాంద్రతలను ప్రదర్శించగలదు. ఫలితంగా వచ్చే విద్యుత్ శక్తి ఇచ్చిన పరిమాణం యొక్క వర్గానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని గుర్తుంచుకోండి.

శాస్త్రవేత్తల అభివృద్ధి సమీప భవిష్యత్తులో మానవ శరీరం యొక్క రోజువారీ యాంత్రిక కదలికల నుండి పొందిన శక్తితో పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్స్‌ను ఛార్జ్ చేయడానికి ఆచరణాత్మక మరియు అధిక-పనితీరు గల ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ నానోజెనరేటర్ల (TENG, TENG) సృష్టికి నిజమైన అవకాశాన్ని తెరుస్తుంది.

నానోజెనరేటర్లు తక్కువ బరువు, తక్కువ ధరను కలిగి ఉంటారని వాగ్దానం చేస్తారు మరియు 1-4 Hz క్రమం యొక్క తక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద అత్యంత ప్రభావవంతంగా ఉత్పత్తి చేసే పదార్థాలను వాటి సృష్టి కోసం ఎంచుకోవడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది.

ఉత్పత్తి ప్రక్రియకు మద్దతు ఇవ్వడానికి మరియు పని ఛార్జ్ సాంద్రతను పెంచడానికి ఉత్పత్తి చేయబడిన శక్తిలో కొంత భాగాన్ని ఉపయోగించినప్పుడు, బాహ్య ఛార్జ్ పంపింగ్‌తో కూడిన సర్క్యూట్ (బాహ్య ప్రేరేపణతో కూడిన ఇండక్షన్ జనరేటర్‌ను పోలి ఉంటుంది) ప్రస్తుతానికి మరింత ఆశాజనకంగా పరిగణించబడుతుంది.

డెవలపర్‌లు ఊహించినట్లుగా, జనరేటర్ కెపాసిటర్‌లు మరియు బాహ్య కెపాసిటర్‌ల విభజన నేరుగా ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ పొరను ప్రభావితం చేయకుండా బాహ్య ఎలక్ట్రోడ్‌ల ద్వారా ఉత్తేజకరమైన ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది.

ఉత్తేజిత ఛార్జ్ ప్రధాన TENG నానోజెనరేటర్ (TENG) యొక్క ఎలక్ట్రోడ్‌కు సరఫరా చేయబడుతుంది, అయితే ఛార్జ్ ఉత్తేజిత వ్యవస్థ మరియు ప్రధాన అవుట్‌పుట్ లోడ్ TENG స్వతంత్ర వ్యవస్థలుగా పనిచేస్తాయి.

ఛార్జ్ ఎక్సైటేషన్ మాడ్యూల్ యొక్క హేతుబద్ధమైన డిజైన్‌తో, డిశ్చార్జ్ ప్రక్రియలో TENG నుండి వచ్చిన ఫీడ్‌బ్యాక్ ద్వారా దానిలో సేకరించబడిన ఛార్జ్ తిరిగి భర్తీ చేయబడుతుంది. ఈ విధంగా, TENG యొక్క స్వీయ-ప్రేరణ సాధించబడుతుంది.

పరిశోధన సమయంలో, శాస్త్రవేత్తలు వివిధ బాహ్య కారకాల ఉత్పత్తి సామర్థ్యంపై ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేశారు, అవి: విద్యుద్వాహకము యొక్క రకం మరియు మందం, ఎలక్ట్రోడ్‌ల పదార్థం, ఫ్రీక్వెన్సీ, తేమ మొదలైనవి. ఈ దశలో, TENG ట్రైబోఎలెక్ట్రిక్ పొర 5 మైక్రాన్ల మందంతో పాలిమైడ్ డైలెక్ట్రిక్ కాప్టాన్ ఫిల్మ్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్‌లు రాగి మరియు అల్యూమినియంతో తయారు చేయబడ్డాయి.

ప్రస్తుత విజయం ఏమిటంటే, కేవలం 1 Hz పౌనఃపున్యంతో 50 సెకన్లు పనిచేసిన తర్వాత, ఛార్జ్ చాలా సమర్ధవంతంగా ఉత్తేజితమవుతుంది, ఇది సమీప భవిష్యత్తులో విస్తృత అనువర్తనాల కోసం స్థిరమైన నానోజెనరేటర్‌ల సృష్టికి ఆశను ఇస్తుంది.

బాహ్య ఛార్జ్ ఉద్దీపనతో TENG నిర్మాణంలో, ప్రధాన జనరేటర్ మరియు అవుట్‌పుట్ లోడ్ కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్‌ల విభజన మూడు పరిచయాలను వేరు చేయడం మరియు కెపాసిటెన్స్‌లలో సాపేక్షంగా పెద్ద మార్పును సాధించడానికి వివిధ విద్యుద్వాహక లక్షణాలతో ఇన్సులేటింగ్ ఫిల్మ్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా సాధించబడుతుంది.

మొదట, వోల్టేజ్ మూలం నుండి ఛార్జ్ ప్రధాన TENGకి సరఫరా చేయబడుతుంది, దీని కెపాసిటెన్స్‌పై పరికరం గరిష్ట కెపాసిటెన్స్ యొక్క సంపర్క స్థితిలో ఉన్నప్పుడు వోల్టేజ్ పెరుగుతుంది. రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌లు విడిపోయిన వెంటనే, కెపాసిటెన్స్‌లో తగ్గుదల కారణంగా వోల్టేజ్ పెరుగుతుంది మరియు సమతౌల్య స్థితికి చేరుకునే వరకు బేస్ కెపాసిటర్ నుండి నిల్వ కెపాసిటర్‌కు ఛార్జ్ ప్రవహిస్తుంది.

తదుపరి సంపర్క స్థితిలో, ఛార్జ్ ప్రధాన TENGకి తిరిగి వస్తుంది మరియు శక్తి ఉత్పత్తికి దోహదం చేస్తుంది, ఇది ప్రధాన కెపాసిటర్‌లో ఫిల్మ్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం ఎక్కువగా ఉంటుంది. డిజైన్ వోల్టేజ్ స్థాయిని సాధించడం డయోడ్ గుణకం ఉపయోగించి చేయబడుతుంది.