Pentru majoritatea oamenilor, energia electrică statică este o problemă ușor dureroasă. Cu toate acestea, inginerii din ultimii ani au lucrat pentru a valorifica acest fenomen aparent aleatoriu pentru a genera cantități mici de electricitate ieftin și ușor.
Cea mai mare energie electrică statică este un produs al „efectului triboelectric”, care se întâmplă atunci când două materiale vin în contact și se tranzacționează electroni între ele. Atunci când materialele sunt smulse, tinde să existe un dezechilibru al electronilor rămași, unii dintre atomii materialelor obținând electroni în plus decât alții.
Acest dezechilibru creează o sarcină electrică pe materiale, iar dorința atomilor de a reveni la încărcarea neutră înseamnă că s-a născut electricitate. Șocul pe care îl obțineți atunci când atingeți un buton după ce treceți pe un covor de pluș sunt atomii corpului dvs. care descarcă electronii în plus pe care i-au colectat din covor, astfel încât să se poată întoarce la încărcarea neutră.
Triboelectricitatea este imprevizibilă, dar inginerii din ultimii ani au creat modalități inovatoare de a-i capta potențialul, de la electrozi în anvelopele auto, până la plăci de lemn care creează o stare statică. Unul dintre pionierii acestui domeniu a fost inginerul Institutului de Tehnologie din Georgia, Zhong Lin Wang, care a creat generatoare triboelectrice dintr-o mare varietate de materiale, inclusiv polimeri ultra-subțiri care ar putea servi ca ecranele tactile, țesături și chiar sticle de sodă reciclate.
„Puteți utiliza aproape orice material în acest scop”, spune Wang. Pentru ultima sa creație triboelectrică, Wang a căutat un material pe care puțini l-ar asocia cu electricitatea - hârtia. În copilărie, Wang spune că s-a jucat cu creații complexe realizate din tăierea și plierea hârtiei. Această artă din Asia de Est, care datează de mii de ani, se numește „kirigami”, care se traduce prin „hârtie tăiată” (este strâns legată de celebrul „origami”, care înseamnă plierea hârtiei).
"Este probabil cel mai ieftin material [posibil]", spune Wang de ce a ales hârtia, "și este un material biodegradabil și sigur pe care îl folosim în fiecare zi."
Wang și echipa sa au tăiat șmirghelul în dreptunghiuri cu lasere și le-au acoperit în straturi subțiri de aur și alte materiale conductoare. Apoi au asamblat dreptunghiurile în forme de romboi tridimensionale. Acești romi, care se pot potrivi în palma cuiva și se pot plia pentru a fi depozitați într-un portofel sau un buzunar, generează energie electrică atunci când o persoană apasă asupra lor cu degetele. Acest lucru aduce contactul straturilor conductoare între ele, creând dezechilibrul electronilor care provoacă o încărcare statică. Stoarcerea repetată pe dispozitivul de hârtie timp de câteva minute poate crea aproximativ 1 vol de energie, ceea ce este suficient pentru a încărca un ceas sau o telecomandă wireless sau chiar un dispozitiv medical mic timp de câteva minute în caz de urgență, spune Wang.
Utilizarea de către Wang a unei structuri de zăbrele tăiate în interiorul rombului a fost o „abordare inteligentă pentru creșterea suprafeței pentru generarea triboelectrică”, spune inginerul Universității din Michigan, Max Shtein, care a folosit kirigami pentru a crea panouri solare tridimensionale care pot capta mai multă lumină pe măsură ce soarele se mișcă pe cer. Inginerul electric de la Universitatea Columbia, John Kymissis, care, la fel ca Shtein, nu a fost implicat în această cercetare, a avut, de asemenea, laude pentru „proiectarea inteligentă a lui Wang pentru o structură integrată de generare și stocare a energiei”.
Wang, care are un brevet pendent pe acest dispozitiv, speră să-l vadă dezvoltat în câțiva ani pentru a fi vândut potențial ca un încărcător de unică folosință ieftin sau, chiar mai important, ca un instrument pentru a învăța copiii despre modul în care funcționează energia electrică.
„Pot genera energie și pot aprinde lumini”, spune Wang despre potențial. „Toate aceste lucruri bune pe care le pot face cu o structură simplă”.
Încărcătorul de hârtie este descris într-un număr recent al jurnalului ACS Nano.
