تخيل هذا السيناريو: يوم ممطر، لتصمد مظلة. أكثر من مظلة لك لمنع قطرات المطر، قطرات المطر بالمناسبة أيضا في جزء من الطاقة التي جمعت يصل الى السلطة!

هذا ليس ضربا من الخيال، ولكن الحقيقة أن من المرجح أن تحدث. حفر البروفيسور وانغ من جامعة سيتي في هونغ كونغ، بقيادة تشونغ لين وانغ من جامعة أكاديمية نبراسكا التعاون والولايات المتحدة الأمريكية لينكولن أستاذ تسنغ إلى الأكاديمية الصينية بكين للعلوم ومعهد الطاقة والنانو نظم البحوث فريق، مؤخرا في مجلة "الطبيعة" نشرت مقالا ، وجذبت اهتمام وسائل الإعلام على نطاق واسع الدولي. اخترعوا مفهوم جديد للمولد بالقطيرات (مولد للكهرباء ومقرها القطرة، DEG)، سوى قطرة من الماء، ومصباح LED 100 يمكن أن تكون مضاءة، عدة أوامر من الكفاءة حجم أعلى من مولد قطرة التقليدية. في آفاق تطبيق واسع خارج نطاق من قطرات الماء: النانو الصغيرة، والمد الكبير كبير، يمكنك الاستفادة من هذا الجيل الجديد من حيث المبدأ.

ولهذه الغاية، DeepTech لمقابلة مؤلف كتاب المقابلة من هذه المادة، ملك قسم الهندسة الميكانيكية، جامعة سيتي في هونغ كونغ أستاذ حفر. ويقدم لنا "جمال" هذا الاختراع.

انخفاض مولدات FIG شو يمكن أن تكون مضاءة LED (المصدر: شو وآخرون، 2020.)

وردا على تزايد الاحتباس الحراري العالمي، ونحن بحاجة للطاقة أكثر وأكثر نظيفة. وعلى الرغم من الذين يعيشون في مجموعة متنوعة من الطاقة في كل مكان، ولكنها لا تستخدم المحفزة لتوليد الكهرباء. على سبيل المثال، نهر ارتفاع، السد قد تستخدم فرق الجهد الجاذبية بين العلوي والسفلي قوة هائلة، ولكن المبلغ الإجمالي من المياه قد لا فرق كبير رذاذ، ولكن لأن كل من الطاقة الواردة في قطرات الماء هي صغيرة جدا، فمن الصعب إلى كهرباء.

دمج الشكل شو الماء في النهر لتوليد الكهرباء، ثم قطرات المطر يمكن ذلك؟ (المصدر: ويكيبيديا، فليكر)

ومع ذلك، فإن التكنولوجيا الجديدة، هو الجيل قطرة يصبح ممكنا.

في فئة العلوم المدرسة الابتدائية، تعلمنا من قبل، إذا كائنين فرك ضد بعضها البعض، وسوف تنتج الكهرباء الساكنة. على سبيل المثال، في موسم جاف الشتاء الشمالي، عندما سترة قبالة بينما فرقعة جامدة وجدت دائما "شرارة".

وبالمثل، عندما تمطر، وأنسل المطر سطح صلب، يتم إنشاء الكهرباء الساكنة. حسنا، منذ السهل جدا لإنتاج الكهرباء الساكنة، ويمكن استخدامه لتوليد الكهرباء؟

الجواب هو نعم. هذا هو مبدأ مولد الاحتكاك. ولكن نظرا لصغر مساحة الاحتكاك، وانخفاض القدرة على توليد احتكاك يمكن المياه المنتجات صغيرة جدا. التي تستخدم هذه المولدات الاحتكاك المبدأ، عندما يكون أعلى سلطة التي يمكن توليدها لكل متر مربع من أقل من 1 واط.

كيفية جعل قطرات الماء تولد المزيد من الكهرباء؟ حفر وانغ أجرى فريق القيادة بحوث متعمقة. جعلوا اثنين من الابتكارات الهامة، في ضربة واحدة سوف ينخفض مولدات الطاقة بنسبة ثلاث درجات.

أولا وقبل كل شيء، من أجل تحسين درجة تخصيب تهمة الكهربائي.

وكمية من تهمة قطرة ماء يمكن أن تنتج القليل جدا، ولكن لا نفس بالتنقيط. المجازي، يمكن للأعمال التجارية الصغيرة تعطيك عشرة إلى عشرين دولار يوميا من المكاسب الصغيرة. المال، وإذا كان اليوم سوف تكلف، قد تكون كافية لشراء كوب من الشاي، لن تتمكن من تحقيق أي تأثير كبير. ولكن اذا كنا نستطيع ومبلغ مماثل الإيرادات صغيرة البقاء على قيد الحياة مرور الوقت، سوف يصبح مبلغا من مئات الآلاف من مبالغ كبيرة من المال في البنك.

وانغ فريق حفر يستخدم هذا النهج لتضيف ما يصل. التي يستخدمونها تترافلوروإيثيلين (PTFE، ويستخدم طلاء على تفلون غير عصا) بأنها "الرسوم المصرفية." واعرب وانغ حفر، "تفلون هو مادة الإلكتريت جيدة، أي سطحه يمكن أن يكون ثابت جذب شحنة سالبة وهذه المواد هي مسعور والماء يمكن أن تحرر في الوقت المناسب من السطح بسرعة عندما ترتطم قطرات تنتشر سطحه وخارجها، وسوف يؤدي إلى فصل تهمة ".

ووجد الباحثون قطرة المياه من خلال تأثير السطح تأثير مستمر يصبح تأثير الجسم: سطح تترافلوروإيثيلين من تراكم كثافة الشحنة عالية، كثافة الشحنة وصلت القيمة القصوى بعد 16000 الآثار. وهذا هو، وضعوا حياة اليومية من المواد الشائعة في وعاء لتخزين نفس كمية الشحنة من السعة مماثلة.

FIG شو تهمة سطح تترافلوروإيثيلين من قطرات الماء يؤثر على عدد من العلاقات. 16000 بعد الأثر، كثافة الشحنة تصل التشبع. (المصدر: شو وآخرون، 2020.)

في تترافلوروإيثيلين التالية، جعلت طبقة من الأقطاب الكهربائية من أكسيد الإنديوم القصدير (ITO) مادة. منذ طبقة PTFE بين عدد كبير من الشحنات السالبة على أقطاب ITO سوف يكون هناك الكثير من الشحنات الموجبة التي يسببها. فتح دائرة الجهد حتى 143.5V هذا النموذج. هذه القيمة أعلى ما يقرب من 300 مرة من متوسط مولد الحبرية.

الابتكار الثاني هو أنه، مع هذا الاتهام، ولكن أيضا في مجال الطاقة يمكن أن يتم الافراج في نفس الوقت.

ومن المال في حسابات مصرفية، ولكن يمكن أن يكون المال يؤخذ بها. إذا لم تتمكن من إنقاذ مئات الآلاف للاستثمار والاستهلاك وكل عملية سحب نقدي، بلغ نقل إلى 10 دولار فقط، ثم مئات الآلاف من أنه لا شيء أكثر من الأرقام. ويمكن أن يطلق سراحه فيما حقق الفريق عددا كبيرا من الرسوم، وحفر الملك الابتكار الرئيسي الثاني.

بالإضافة إلى PTFE والإنديوم أقطاب أكسيد القصدير، كما أنها تثبيت القطب الألومنيوم. ونتيجة لذلك، فإن مولد كما أشباه الموصلات، مثل الترانزستورات، مع ثلاثة أقطاب. هذا القطب الثالث يصبح المفتاح لتحسين المياه والطاقة مولد الحبرية.

الشكل شو إسقاط هيكل مولد والصور الفوتوغرافية. حيث القطب الألومنيوم هو تصميم مفتاح. عندما توسعت قطرات، فإن النظام بأكمله تصبح دائرة الاتصالات (المصدر :. شو وآخرون، 2020)

هذه قطرة كروية، عندما تمت تقع فقط على سطح تترافلوروإيثيلين الصلبة، وليس في اتصال مع القطب الألومنيوم، والنظام بأكمله هو "فتح"، أي لم يتم تشغيل حالة الدائرة جرا. في هذا الوقت، من خلال الاحتكاك الكهرباء الساكنة يمكن أن تصدر إلا القليل جدا - وهذا هو أسباب أقل شيوعا من مولدات الهبوط.

ولكن مع "ضرب" على سطح قطرات الماء تبدأ في المحل، ويظهر "معجزة". وبما أن مساحة سطح قطرات تصبح أكبر وأكبر، وانتشر تدريجيا إلى القطب الألومنيوم. منذ قطرات الماء هي الموصلة كهربائيا، يتم تشغيله في لحظة تترافلوروإيثيلين، القطب الألومنيوم والقطب ITO غير متصل قبل الوقت الحاضر، ويتم تشكيل دائرة الاتصالات. في هذه العملية، فإنه ليس مجرد مصدر للطاقة لنظام توليد الطاقة قطرات الماء، هو أكثر أهمية تبديل مولد بأكمله.

FIG شو عندما قطرات الماء على اتصال مع القطب الألومنيوم عند عدد كبير من الفور نقل المسؤول (المصدر: شو وآخرون، 2020.)

مع مطلع على الدائرة، وكمية كبيرة من تهمة قبل التجميع الإنديوم القطب أكسيد القصدير حيث يتدفق فجأة القطب الألومنيوم. هذا التيار هو 2600 مرات أكبر من متوسط القطب انخفاض مولد الألومنيوم غير مصمم بحيث قطرة ماء كافية في دائرة متصلة إضاءة مصباح LED 100.

ثم، مع تقلص قطرات وتدريجيا بعيدا عن سطح تترافلوروإيثيلين، بدأ شحنة موجبة للارتداد، وقطرات الماء في لحظة من فك الارتباط مع القطب الألومنيوم، كل تهمة العودة الإيجابية في القطب ITO الكامل. ووجد الباحثون أنه بعد عدة دورات، لن يتم تخفيض مقدار الشحنة المنقولة في الدائرة. "رائعة هي الطاقة في مكثف ثابتة إلى حد كبير، حيث سيتم فقدان الشحنة السطحية لوقف هبوط يعود قطرات أن تستكمل"، وانغ حفر FIG. طالما هناك باستمرار يقطر قطرات الماء، وهذا يمكن أن يكون مولد طويل، والعمل المستمر.

بعد حساب جدت أن هذا التصميم قد يكون قطرة في ماء الصنبور يحتوي على 2.2 من الطاقة إلى طاقة كهربائية، عدة أوامر من حجم أعلى من مولدات انخفاض السابقة في السلطة متر كحد أقصى مربع ولدت في وحدة زمنية تصل إلى 50.1W ، كما زادت آلاف المرات أكثر من ذي قبل. وعلاوة على ذلك، يمكن للمعدل التحويل الاستمرار في تطوير وتحسين.

حتى أكثر بالثناء هو أن هذا لا يزال غير "الهش" نظام توليد الطاقة. وأجرى الباحثون سلسلة من الاختبارات، وجدت أن كلا من مياه الأمطار، ماء الصنبور أو مياه البحر، ويمكن استخدام هذا المبدأ لتوليد الكهرباء. وعلاوة على ذلك، بغض النظر عن الرطوبة المحيطة هي 65 أو 100 أيضا لا يهم. وهذا يعني أن هذا التصميم قد يكون آفاق تطبيق واسع النطاق.

وبطبيعة الحال، هذا هو مجرد نموذج، بالمقارنة مع نظام لتوليد الطاقة الكهرومائية في كثير من الأحيان كفاءة أكثر من 80، 2.2 كفاءة انخفاض مولد لا تزال منخفضة جدا. حفر وانغ لكنه قال ان هذا ليس سوى جزء صغير عنصر تأثير الجسم، مما يدل بوضوح على جيل والمياه الإفراج عن قطرات تؤثر الاتهامات. وتكشف هذه العملية أن مبدأ الجيل الجديد، واستخدام فإنه من الصعب جدا لاستخدامها من قبل مصدر الطاقة.

ويمكن أيضا أن الشكل شو هذا المبدأ أن تستخدم للحصول على الطاقة من الارتفاع الكبير في (المصدر: ويكيميديا كومنز)

"هذا هو نوع من طريقة عالمية لإنتاج الكهرباء." وانغ حفر أن الأمر لا يقتصر استخدام جهاز مثل هذا الجيل انخفاض مظلة، والنانو الصغيرة، وارتفاع سد كبير، طالما أن الحركة النسبية بين الصلبة والسائلة هي موجودة، ويمكن هذا المبدأ استخدام الطاقة المولدة. ربما في يوم من الأيام، ويمكن أيضا أن تكون الطاقة الشمسية التكنولوجيا وطاقة الرياح وتصبح معا مصدر للطاقة النظيفة لمستقبل البشرية.