ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव और TENG नैनोजेनरेटर

त्रिकोणीय प्रभाव कुछ सामग्रियों में विद्युत आवेशों की उपस्थिति की घटना है जब वे एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं। यह प्रभाव स्वाभाविक रूप से एक अभिव्यक्ति है विद्युतीकरण से संपर्क करें, जो प्राचीन काल से मानव जाति के लिए जाना जाता है।

यहां तक ​​​​कि थेल्स ऑफ मिलेत्स्की ने इस घटना को ऊन के साथ घिसने वाली एम्बर स्टिक के प्रयोगों में देखा। वैसे, "बिजली" शब्द की उत्पत्ति वहीं से हुई है, क्योंकि ग्रीक से अनुवादित, "इलेक्ट्रॉन" शब्द का अर्थ एम्बर है।

सामग्री जो ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित कर सकती है, तथाकथित ट्राइबोइलेक्ट्रिक ऑर्डर में व्यवस्थित की जा सकती है: ग्लास, प्लेक्सीग्लास, नायलॉन, ऊन, रेशम, सेलूलोज़, कपास, एम्बर, पॉलीयूरेथेन, पॉलीस्टाइनिन, टेफ्लॉन, रबड़, पॉलीथीन, आदि।

लाइन की शुरुआत में सशर्त रूप से "सकारात्मक" सामग्री होती है, अंत में - सशर्त रूप से "नकारात्मक"। यदि आप इस क्रम की दो सामग्री लेते हैं और उन्हें एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं, तो "सकारात्मक" पक्ष के करीब की सामग्री सकारात्मक रूप से आवेशित होगी और दूसरी नकारात्मक रूप से आवेशित होगी। पहली बार, स्वीडिश भौतिक विज्ञानी जोहान कार्ल विल्के द्वारा 1757 में एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक श्रृंखला संकलित की गई थी।

भौतिक दृष्टिकोण से, एक दूसरे के खिलाफ रगड़ने वाली दो सामग्रियों में से एक सकारात्मक रूप से आवेशित होगी, जो कि इसके बड़े ढांकता हुआ स्थिरांक से भिन्न होती है। इस अनुभवजन्य मॉडल को कोहेन का नियम कहा जाता है और यह मुख्य रूप से जुड़ा हुआ है डाइलेक्ट्रिक्स के लिए.

जब रासायनिक रूप से समान डाइलेक्ट्रिक्स की एक जोड़ी एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती है, तो सघन एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करेगा। तरल डाइलेक्ट्रिक्स में, उच्च परावैद्युत स्थिरांक या उच्च सतह तनाव वाले पदार्थ को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा। दूसरी ओर, धातु, जब एक परावैद्युत की सतह से रगड़ी जाती है, सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तरह से विद्युतीकृत हो सकती है।

एक दूसरे के खिलाफ रगड़ने वाले पिंडों के विद्युतीकरण की डिग्री अधिक महत्वपूर्ण है, उनकी सतहों का क्षेत्रफल जितना अधिक होगा। शरीर की सतह पर धूल का घर्षण जिससे वह अलग हुआ (कांच, संगमरमर, बर्फ की धूल, आदि) नकारात्मक रूप से चार्ज होता है। जब छलनी से धूल को छानते हैं तो धूल के कण भी चार्ज हो जाते हैं।

ठोस पदार्थों में ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव को इस प्रकार समझाया जा सकता है। आवेश वाहक एक पिंड से दूसरे पिंड में जाते हैं। सेमीकंडक्टर्स और धातुओं में, ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव कम कार्य फ़ंक्शन वाली सामग्री से उच्च कार्य फ़ंक्शन वाली सामग्री में इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होता है।

जब एक धातु के खिलाफ एक ढांकता हुआ रगड़ता है, तो धातु से ढांकता हुआ इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण त्रिकोणीय विद्युतीकरण होता है। जब डाइलेक्ट्रिक्स की एक जोड़ी एक साथ रगड़ती है, तो घटना संबंधित आयनों और इलेक्ट्रॉनों के पारस्परिक प्रवेश के कारण होती है।

ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव की गंभीरता में एक महत्वपूर्ण योगदान एक दूसरे के खिलाफ उनके घर्षण की प्रक्रिया में निकायों के हीटिंग की अलग-अलग डिग्री हो सकता है, क्योंकि यह तथ्य अधिक गर्म पदार्थ की स्थानीय असमानताओं से वाहक के विस्थापन का कारण बनता है - "सच" triboelectricity. इसके अलावा, पीजोइलेक्ट्रिक्स या पाइरोइलेक्ट्रिक्स के अलग-अलग सतह तत्वों को यांत्रिक रूप से हटाने से ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव हो सकता है।

तरल पदार्थों पर लागू, ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव की अभिव्यक्ति दो तरल मीडिया के बीच इंटरफेस पर या तरल और ठोस के बीच इंटरफेस पर इलेक्ट्रिक डबल परतों की उपस्थिति से संबंधित है। जब तरल पदार्थ धातुओं के खिलाफ रगड़ते हैं (प्रवाह या प्रभाव स्पलैश के दौरान), धातु और तरल के बीच इंटरफेस पर आवेशों के पृथक्करण के कारण ट्राइबोइलेक्ट्रिकिटी होती है।

दो तरल डाइलेक्ट्रिक्स को रगड़कर विद्युतीकरण उन तरल पदार्थों के बीच इंटरफेस पर इलेक्ट्रिक डबल परतों की उपस्थिति के कारण होता है जिनके ढांकता हुआ स्थिरांक अलग होते हैं। जैसा कि ऊपर बताया गया है (कोहेन के नियम के अनुसार), कम ढांकता हुआ स्थिरांक वाला तरल ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है, और उच्च ढांकता हुआ तरल सकारात्मक रूप से आवेशित होता है।

एक ठोस ढांकता हुआ या तरल की सतह पर प्रभाव के कारण तरल पदार्थ के छींटे पड़ने पर ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव तरल और गैस के बीच की सीमा पर बिजली की दोहरी परतों के विनाश के कारण होता है (इस तंत्र द्वारा जलप्रपात में विद्युतीकरण ठीक होता है) .

हालांकि ट्राइबोइलेक्ट्रिकिटी कुछ स्थितियों में डाइलेक्ट्रिक्स में विद्युत आवेशों के अवांछित संचय की ओर ले जाती है, जैसे कि सिंथेटिक कपड़े पर, ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग आज भी ठोस पदार्थों में इलेक्ट्रॉन ट्रैप के ऊर्जा स्पेक्ट्रम के अध्ययन में किया जाता है, साथ ही खनिज विज्ञान में ल्यूमिनसेंट केंद्रों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। , खनिज, चट्टानों के निर्माण और उनकी आयु के लिए परिस्थितियों का निर्धारण करते हैं।

TENG ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर्स

पहली नज़र में, इस प्रक्रिया में शामिल विद्युत आवेश के कम और अस्थिर घनत्व के कारण ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव ऊर्जावान रूप से कमजोर और अक्षम प्रतीत होता है। हालांकि, जॉर्जिया टेक के वैज्ञानिकों के एक समूह ने प्रभाव की ऊर्जा विशेषताओं में सुधार करने का एक तरीका खोज लिया है।

विधि उच्चतम और सबसे स्थिर आउटपुट पावर की दिशा में नैनोजेनरेटर सिस्टम को उत्तेजित करना है, जैसा आमतौर पर चुंबकीय उत्तेजना वाले पारंपरिक प्रेरण जेनरेटर के संबंध में किया जाता है।

अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई परिणामी वोल्टेज गुणन योजनाओं के संयोजन के साथ, बाहरी स्व-चार्ज उत्तेजना वाली प्रणाली प्रति वर्ग मीटर 1.25 mC से अधिक चार्ज घनत्व प्रदर्शित करने में सक्षम है। याद रखें कि परिणामी विद्युत शक्ति दी गई मात्रा के वर्ग के समानुपाती होती है।

वैज्ञानिकों का विकास मुख्य रूप से मानव शरीर के दैनिक यांत्रिक आंदोलनों से प्राप्त ऊर्जा के साथ पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स को चार्ज करने के लिए व्यावहारिक और उच्च-प्रदर्शन वाले ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर्स (TENG, TENG) के निकट भविष्य में निर्माण के लिए एक वास्तविक संभावना खोलता है।

नैनोजेनरेटर कम वजन, कम लागत का वादा करते हैं, और आपको उनके निर्माण के लिए उन सामग्रियों को चुनने की अनुमति भी देंगे जो 1-4 हर्ट्ज के क्रम की कम आवृत्तियों पर सबसे प्रभावी रूप से उत्पन्न होंगे।

बाहरी चार्ज पम्पिंग (बाहरी उत्तेजना के साथ एक प्रेरण जनरेटर के समान) के साथ एक सर्किट को इस समय अधिक आशाजनक माना जाता है, जब उत्पन्न ऊर्जा का हिस्सा उत्पादन प्रक्रिया का समर्थन करने और कार्य चार्ज घनत्व को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है।

जैसा कि डेवलपर्स द्वारा कल्पना की गई है, जनरेटर कैपेसिटर और बाहरी कैपेसिटर को अलग करने से ट्राइबोइलेक्ट्रिक परत को सीधे प्रभावित किए बिना बाहरी इलेक्ट्रोड के माध्यम से रोमांचक पीढ़ी की अनुमति मिलेगी।

उत्तेजित चार्ज को मुख्य TENG नैनोजेनरेटर (TENG) के इलेक्ट्रोड को आपूर्ति की जाती है, जबकि चार्ज उत्तेजना प्रणाली और मुख्य आउटपुट लोड TENG स्वतंत्र सिस्टम के रूप में काम करते हैं।

चार्ज उत्तेजना मॉड्यूल के एक तर्कसंगत डिजाइन के साथ, इसमें संचित चार्ज को डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान TENG से फीडबैक द्वारा ही फिर से भर दिया जा सकता है। इस तरह, TENG की आत्म-उत्तेजना हासिल की जाती है।

शोध के दौरान, वैज्ञानिकों ने विभिन्न बाहरी कारकों की उत्पादन क्षमता पर प्रभाव का अध्ययन किया, जैसे: परावैद्युत का प्रकार और मोटाई, इलेक्ट्रोड की सामग्री, आवृत्ति, आर्द्रता, आदि। इस स्तर पर, TENG ट्राइबोइलेक्ट्रिक परत में 5 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक पॉलीमाइड डाइइलेक्ट्रिक केप्टन फिल्म शामिल है, और इलेक्ट्रोड तांबे और एल्यूमीनियम से बने होते हैं।

वर्तमान उपलब्धि यह है कि केवल 1 हर्ट्ज की आवृत्ति पर 50 सेकंड के संचालन के बाद, चार्ज काफी कुशलता से उत्तेजित होता है, जो व्यापक अनुप्रयोगों के लिए स्थिर नैनोजेनरेटर के निकट भविष्य में निर्माण की आशा देता है।

बाहरी चार्ज उत्तेजना के साथ TENG संरचना में, मुख्य जनरेटर और आउटपुट लोड कैपेसिटर की कैपेसिटेंस को तीन संपर्कों को अलग करके और कैपेसिटेंस में अपेक्षाकृत बड़े परिवर्तन को प्राप्त करने के लिए विभिन्न ढांकता हुआ विशेषताओं के साथ इन्सुलेट फिल्मों का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।

सबसे पहले, वोल्टेज स्रोत से चार्ज मुख्य TENG को आपूर्ति की जाती है, जिसकी क्षमता पर वोल्टेज तब बनता है जब डिवाइस अधिकतम क्षमता की संपर्क स्थिति में होता है। जैसे ही दो इलेक्ट्रोड अलग होते हैं, कैपेसिटेंस में कमी के कारण वोल्टेज बढ़ जाता है और बेस कैपेसिटर से स्टोरेज कैपेसिटर तक चार्ज फ्लो होता है जब तक कि संतुलन स्थिति तक नहीं पहुंच जाता।

संपर्क की अगली स्थिति में, चार्ज मुख्य TENG में वापस आ जाता है और ऊर्जा के उत्पादन में योगदान देता है, जो मुख्य कैपेसिटर में फिल्म के ढांकता हुआ स्थिरांक जितना अधिक होगा। डायोड गुणक का उपयोग करके डिज़ाइन वोल्टेज स्तर प्राप्त किया जाता है।