摩擦可以制作發(fā)電機嗎

摩擦可以制作發(fā)電機嗎

不能。但是我們知道摩擦可以產生電。

我們我可以利用現(xiàn)有的材料，制造一個簡單的發(fā)電機。

1、首先準備好材料：導線，永磁磁鐵，轉子軸，軸承。2、注意事項：定轉子的材料需要使用能導磁的材料，最常見又最容易得到的就是鐵，使用鐵片疊加**，定轉子的間距影響導磁性能，也就是發(fā)電機的電壓與功率都會有影響，不宜超過0.5毫米2、制作方法1）轉子：永磁磁鐵固定在轉子軸上并使其磁極對數形成對稱，外形成圓形一般影響電壓的就是磁場的強度大小，轉子轉速，磁極對數的多少2）定子：將導線單一方向繞制在定子鐵芯上，如使用類似市場電機的話繞制的方法不一樣，現(xiàn)以最簡單為例百科，導線的直徑將影響發(fā)電電流，即發(fā)電機的功率，繞制的長度與圈數影響電壓。 這樣就基本構成了一個發(fā)電機，使用動力帶動轉子旋轉（旋轉速度的高低與電壓有關）就可以在導線的兩端取得交流電壓了。

利用摩擦能給手機充電？摩擦納米發(fā)電機使“能源”無處不在

作者：**科普博覽
有沒有想過擁有一臺永遠不用充電的手機？有沒有想過在醫(yī)療領域，植入人體的很多元件**斷電？有沒有想過在你的生活中，通過說話就能點亮一束花朵？我們從很小的時候就知道用尺子在頭皮上摩擦后可以吸起碎紙屑。老師和家長告訴我們這種現(xiàn)象叫“摩擦起電”。

不知當時人們是否想過，在若干年后的今天，這樣小小的摩擦也可以聚集起來形成供我們使用的“能源”。

摩擦起電（圖片來源于**）
而這有賴于科學家發(fā)明的摩擦納米發(fā)點機Triboelectric Nano Generator（TENG）。摩擦納米發(fā)電機可以收集材料接觸、摩擦所產生的電能，供我們所利用。一個人走路2個小時能產生67W的能量，這等于0.3度電，相當于可以為大約30部智能手機充滿電的電量?？梢跃S持一臺普通的筆記本電腦連續(xù)工作20小時。

**科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長王中林介紹說：“由于摩擦這一現(xiàn)象很普遍，在我們的生活中無處不有，甚至走路、衣服翻動都會有，因此我們發(fā)明了四種模式，可以把這種接觸、滑動等四種不同的狀態(tài)轉化成電能，這就是摩擦納米發(fā)電技術，這種技術和傳統(tǒng)的技術還有優(yōu)勢互補的效果?！?br/> 使用輪機進行能量轉化的傳統(tǒng)發(fā)電技術（火電、水電、風電），再發(fā)電過程中會因為摩擦而損失相當一部分能量。致使能量轉化效率偏低。

而摩擦納米發(fā)電機技術恰好可以將一部分摩擦能轉化為電能，與傳統(tǒng)發(fā)電技術相互補充，可以實現(xiàn)20%-40%的效率提升。
（圖片來源于**）
納米能源：偶然發(fā)現(xiàn)的大成果
納米能源是一次偶然的發(fā)現(xiàn)才有了現(xiàn)在的成果。王中林院士講述了這樣一個小故事：團隊從2006年開始微納能源技術研究，當時曾想把心跳、手動等都轉化成電能，并且想要通過壓電效應來達到這個目的。

2008年做實驗的時候，他們偶然得到了比想象中高得多的電能輸出，當時認為是人為效應或者是實驗差錯，因而就沒有注意。直到2011年，他們在實驗中再次發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象，接下來通過進行仔細研究、分析這些樣品，經過幾個月的分析發(fā)現(xiàn)，這些電能是由常見的摩擦效應產生的。
自從那時起，王中林團隊就一直進行研究，到目前為止，三年間，他們發(fā)表了一百多篇文章，奠定了這方面的基本模式、基本理論、基本實驗方法以及一些應用。

王中林院士說道：“我們也沒有想到，偶然發(fā)現(xiàn)的這個技術變得如此重要，引發(fā)了全世界研究的浪潮，至少有30多個組織在做這方面的研究。從大陸到**，從國內到韓國，從歐洲到美國，很多人都在開展這項工作。從我們**個開始研究，到現(xiàn)在普遍被探索，這是個好現(xiàn)象，它必然是能給人類能源帶來一線希望的?！?br/> 摩擦納米發(fā)電機：門檻低，應用廣
很多人一定想問了，這個摩擦納米發(fā)電機一定很貴吧？能不能大規(guī)模普及呢？事實上，摩擦納米發(fā)電并沒有你們想象中的那么“高大上”，摩擦納米發(fā)電機成本上沒有多大門檻，因為它的材料具有普適性，技術也相對成熟，所以只要在這個基礎上加入納米材料，提高它的耐磨性、耐久性，它就能夠實現(xiàn)大范圍應用。

摩擦納米發(fā)電技術的應用領域也十分廣泛，從小能源到傳感技術再到大能源，覆蓋面非常廣。
例如：我們想快速測量體溫，（如果是現(xiàn)在的話）你必須有個電池才能驅動電子體溫計。（而使用摩擦納米發(fā)電技術）我們把一個材料戴在手上，把衣服搖晃兩下，就可以實現(xiàn)測量體溫，這就是穿戴式健康監(jiān)護，這種未來將是個大市場。所以這樣的應用領域，我們稱之為微納能源。

（圖片來源于**）
又如：北京西單商業(yè)區(qū)的**進進出出，利用人走路踩過地面這個動作產生的電，每天就相當于約2.5噸煤燃燒產生的電。這個能源在過去是我們沒有注意到的，但是這在我們現(xiàn)實生活中隨處可見。
摩擦納米發(fā)電普及后的生活是啥樣的？
讓我們大膽設想一下在未來摩擦納米發(fā)電普及之后我們的生活會是什么樣子呢？
每天早上7點，小李起床后的**件事就是往智能水杯中倒水、喝水，在手接觸水杯的瞬間，產生的摩擦就能讓智能水杯開始運轉，水杯將飲水數據傳送到手機APP中，記錄飲水時間和飲水的量，到了喝水的時間點，APP就會自動提醒小李喝水及飲水量，**均衡喝水so easy。
7點半，小李準時出門，出門前，他會特意佩戴一件神器：智能手表。

這塊手表還是一名健康衛(wèi)士，通過佩戴不僅可以記錄每天行走的距離，監(jiān)測人體心率、血液流動速度等，還能通過數據分析，得出人體健康指標。這些數據和指標都可以傳輸到手機上，小李很輕松就能了解自己的身體情況。
小李走入辦公室大門就自動打卡成功。

很快小李就投入到緊張的工作中去，十點多左右，手機“滴”了下，小李拿起一看，上面顯示休息提示：“您已經就坐2小時了，快起來活動一下?！?br/> 午休結束后，小李到客戶的公司去開會。在地鐵上，小李發(fā)現(xiàn)手機電量不足，他從容地將手機放入衣服上的特殊口袋中。

當他們到達客戶的公司后，手機已經充好了電。
回到家，小李才發(fā)現(xiàn)裝有重要合同的公文包竟然落在了客戶公司，小李心想：“好在是TENG防盜公文包，可以保證資料的安全?！毙±罱o客戶打電話說明了情況，約好第二天去取。
終于回到家，小李拿出冰箱里的食材，準備給自己好好做一頓飯。

可是，誰承想做著做著，廚房的燈突然滅了，小李探頭一看，小區(qū)漆黑一片，原來是小區(qū)的供電線路被臺風掛斷了。這時，小李淡定地啟動了安裝在房子外墻上的TENG臨時供電系統(tǒng)，家里的燈又亮了。小李繼續(xù)烹調美味，享受難得的休息時光。

海浪能：有待開發(fā)的摩擦能源
（圖片來源于**）
在自然界中還蘊藏著巨量的摩擦能源有待開發(fā)，這其中最典型的就是海浪能。研究表明每平公里的海面上蘊藏著約20萬kW的能量。假設其中有10%的能量可以通過摩擦納米發(fā)電機轉化成電能，1平方公里的電能就可以點亮40萬只燈泡。

摩擦發(fā)電是直流電還是交流電

摩擦發(fā)電是直流電。這種摩擦起電采用透明的柔性材料制造，未來它將有望取代普遍使用的觸摸顯示裝置，此外，該摩擦電發(fā)電機還可以用作高靈敏度壓力傳感器，研究人員稱，這種壓力傳感器非常敏感，即便是落下的水滴或是飄落的羽毛這樣的微小壓力也會被準確地“感覺”到，該裝置有望在有機電子材料和光電系統(tǒng)中獲得應用。

摩擦發(fā)電的原理
摩擦電是自然界中最常見的一種現(xiàn)象之一，無論是梳頭、穿衣還是走路、開車都能遇到，但摩擦電又很難被收集和利用，因此往往被所忽視，由美國佐治亞理工學院教授王中林**的研究小組，開發(fā)出了一種透明的柔性摩擦電發(fā)電機，借助柔性高分子聚合物材料成功地將摩擦轉化成為了可供使用的電力。

摩擦電發(fā)電機依靠摩擦點電勢的充電泵效應，通過聚酯纖維薄片與聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄片的摩擦來產生電力，借助一種分離技術，當摩擦發(fā)生時，兩層聚合物薄膜之間產生電荷分離并形成電勢差，經由外部電路即可形成電流，在摩擦中，聚酯纖維產生電子，聚二甲基硅氧烷則負責接收電子，此外，外部的按壓產生的機械形變也能使它們發(fā)生摩擦產生電力。

納米發(fā)電機誕生：摩擦摩擦就能給手機充電

從2012年開始，喬治亞理工的科學家就一直在探索納米級靜電發(fā)電機（TENGs）的應用和商業(yè)前景。
近日，韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）研究團隊在TENGs領域傳來好消息，他們已經攻克了一個阻礙TENGs技術廣泛應用的技術難題，那就是產出電量低的問題，為了解決這一問題，他們發(fā)明了一種新型的聚合物作為電介質材料。

一般意義上，只要電阻率超過10歐·厘米的物質都可以歸于電介質的范疇，簡單來說就是不導電的物質，比如空氣、玻璃、云母片、膠木等。

只不過在靜電場中，電介質內部可以存在電場，這也是電介質和導體之間的基本區(qū)別，因此當給電介質接入電場時，在外電場的作用下，這些電荷就會在微觀范圍內產生極化和去極化，實現(xiàn)充/放電的功能。
TENGs設備本身是由兩種可以互相摩擦的不同材料組成，通過摩擦之后，玻璃、云母片、尼龍這些材料就可以放出電子，而硅、特氟龍這些材料正好可以吸收電子，因此TENGs設備就可以將摩擦產生的機械能轉化為電能，為一些小型的電子設備提供電力。
不過，在研究TENGs設備時候，UNIST的研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然該設備的特性確實有用，但其通過摩擦發(fā)電的方式卻有一些缺陷，比如摩擦中的材料無法均勻的進行接觸而導致材料磨損嚴重、靜電對潮濕環(huán)境比較敏感導致電力輸出時損耗較大等情況。因此UNIST研究人員最初是將其研究重心放在了提升點亮輸出這一方面，而且，在研發(fā)的過程中，還可能順道解決了一些與TENGs相關的環(huán)境問題。

經過實際性的研究后發(fā)現(xiàn)，UNIST在ScienceAdvances上發(fā)表的設備與喬治亞理工的研究十分相似，只不過UNIST發(fā)明的新型聚合物電介質可以從電極中獲取到更多的電量、輸出的電力也相對更多！
前文提到，UNIST團隊為了解決產出電量低的問題，發(fā)明了一種新型的聚合物作為電介質材料，這種新型的聚合物的電容率幾乎是原材料的兩倍，電量的輸出更是提升了20倍。輸出電量的大幅度提升勢必會讓TENGs技術更好的適用于充電設備中。

究其目的，研究TENGs技術的最終目標是為智能手機和手機進行充電，不得不說雖然這一愿景還是很美好的，至少說明了人類在向著智能手機等終端設備續(xù)航能力無限延伸方面在做著不懈的努力。

目前，通過人類的各種運動行為進行發(fā)電的研究都在馬不停蹄的進行，比如美國麻省理工學院的兩名學生設計了一種地板系統(tǒng)可以收集人們走路、跳舞以及跳躍等運動產生的機械能并將其轉化成電能;美國一家公司開發(fā)了一款智能地板，可以根據用戶的踩踏，利用壓感原理發(fā)電;德國研究人員已研制出發(fā)電鞋，它可以在行走過程中收集電能……

不過，筆者認為，通過對人類運動行為進行電能的收集這樣的實驗也許還比較靠譜，對摩擦產生的電量進行似乎略顯無稽。