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(chǎn)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(zhuǎn)子軸，軸承。2、注意事項：定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子：永磁磁鐵固定在轉(zhuǎn)子軸上并使其磁極對數(shù)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，磁極對數(shù)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(shù)影響電壓。 這樣就基本構(gòu)成了一個發(fā)電機，使用動力帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生的電能，供我們所利用。一個人走路2個小時能產(chǎn)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(zhuǎn)化成電能，這就是摩擦納米發(fā)電技術(shù)，這種技術(shù)和傳統(tǒng)的技術(shù)還有優(yōu)勢互補的效果?！?br/> 使用輪機進行能量轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)（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(zhuǎn)化效率偏低。

而摩擦納米發(fā)電機技術(shù)恰好可以將一部分摩擦能轉(zhuǎn)化為電能，與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)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(shù)研究，當時曾想把心跳、手動等都轉(zhuǎn)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(jīng)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(chǎn)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(shù)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(nèi)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。”
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(shù)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?qū)崿F(xiàn)大范圍應用。

摩擦納米發(fā)電技術(shù)的應用領域也十分廣泛，從小能源到傳感技術(shù)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(qū)動電子體溫計。（而使用摩擦納米發(fā)電技術(shù)）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(chǎn)生的電，每天就相當于約2.5噸煤燃燒產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦就能讓智能水杯開始運轉(zhuǎn)，水杯將飲水數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析，得出人體健康指標。這些數(shù)據(jù)和指標都可以傳輸?shù)绞謾C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(jīng)就坐2小時了，快起來活動一下?！?br/> 午休結(jié)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(jīng)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(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)生電力，借助一種分離技術(shù)，當摩擦發(fā)生時，兩層聚合物薄膜之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢差，經(jīng)由外部電路即可形成電流，在摩擦中，聚酯纖維產(chǎn)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(chǎn)生的機械形變也能使它們發(fā)生摩擦產(chǎn)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(jīng)攻克了一個阻礙TENGs技術(shù)廣泛應用的技術(shù)難題，那就是產(chǎn)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(zhì)材料。

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

只不過在靜電場中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場，這也是電介質(zhì)和導體之間的基本區(qū)別，因此當給電介質(zhì)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(nèi)產(chǎn)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(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhì)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(chǎn)出電量低的問題，發(fā)明了一種新型的聚合物作為電介質(zhì)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(shù)更好的適用于充電設備中。

究其目的，研究TENGs技術(shù)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(chǎn)生的機械能并將其轉(zhuǎn)化成電能;美國一家公司開發(fā)了一款智能地板，可以根據(jù)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(chǎn)生的電量進行似乎略顯無稽。