Useimmille ihmisille staattinen sähkö on lievästi tuskallinen haitta. Suunnittelijat ovat kuitenkin viime vuosina pyrkineet hyödyntämään tätä näennäisesti satunnaista ilmiötä tuottamaan pieniä määriä sähköä halvalla ja helposti.
Suurin osa staattisesta sähköstä on "triboelektrisen vaikutuksen" tuotetta, joka tapahtuu, kun kaksi materiaalia joutuu kosketuksiin ja elektroneilla käydään kauppaa niiden välillä. Kun materiaalit vedetään erilleen, niin elektronien epätasapaino jää, koska jotkut materiaalien atomeista saavat ylimääräisiä elektroneja kuin toiset.
Tämä epätasapaino luo materiaaleille sähkövarauksen ja materiaalien atomien halu palata neutraalille varaukselle tarkoittaa, että sähkö on syntynyt. Isku, jonka saat koskettamalla ovenkahvaa, kun kävelet muhkealla matolla, ovat kehosi atomit, jotka purkavat matosta keräämät ylimääräiset elektronit, jotta ne voivat palata neutraalille varaukselle.
Triboelektrisyys on arvaamaton, mutta insinöörit ovat viime vuosina luoneet innovatiivisia tapoja hyödyntää sen potentiaalia aina autojen renkaiden elektrodeista puulevyihin, jotka luovat staattisen astuessaan sisään. Yksi alan pioneereista on ollut Georgian teknillisen korkeakoulun insinööri Zhong Lin Wang, joka on luonut triboelektrisiä generaattoreita monista erilaisista materiaaleista, mukaan lukien erittäin ohuet polymeerit, jotka voivat toimia kosketusnäytöinä, kankaissa ja jopa kierrätetyissä soodapulloissa.
"Voit käyttää melkein mitä tahansa materiaalia tähän tarkoitukseen", Wang sanoo. Viimeisimmässä kolmisähköisessä luomuksessaan Wang tavoitti materiaalin, jonka muutama yhdistäisi sähköön lainkaan - paperi. Lapsena Wang kertoo leikkineensä monimutkaisilla luomuksilla, jotka on valmistettu paperin leikkaamisesta ja taittamisesta. Tätä tuhansien vuosien takaa syntynyttä itä-aasialaista taidetta kutsutaan "kirigami", joka tarkoittaa "leikattua paperia" (se liittyy läheisesti kuuluisampaan "origamiin", joka tarkoittaa paperin taittoa).
"Se on todennäköisesti halvin materiaali [mahdollinen]", "Wang kertoo miksi hän valitsi paperin." Se on biohajoava ja turvallinen materiaali, jota käytämme joka päivä. "
Wang ja hänen tiiminsä leikkasivat hiekkapaperin suorakulmioiksi lasereilla ja peittivät ne ohuiksi kultakerrokseksi ja muiksi johtaviksi materiaaleiksi. Sitten he kokosivat suorakulmiot kolmiulotteisiksi romamuodoiksi. Nämä rhombit, jotka mahtuvat kämmeneen ja taittuvat säilytettäväksi lompakossa tai taskussa, tuottavat sähköä, kun henkilö painaa niitä sormellaan. Tämä johtaa johtavat kerrokset kosketuksiin toistensa kanssa, rakentaen elektronien epätasapainoa, joka aiheuttaa staattisen varauksen. Paperilaitteen toistuva puristaminen muutaman minuutin ajan voi tuottaa noin 1 voltin energiaa, joka riittää kellon tai langattoman kaukosäätimen tai jopa pienen lääkinnällisen laitteen lataamiseen muutaman minuutin ajan hätätilanteessa, Wang sanoo.
Wangin leikatun hilarakenteen käyttö rombin sisällä oli "fiksu tapa lähestyä pinta-alaa kolmioelektrisen sukupolven tuottamiseksi", sanoo Michiganin yliopiston insinööri Max Shtein, joka on käyttänyt kirigamiä luomaan kolmiulotteisia aurinkopaneeleja, jotka pystyvät kaappaamaan enemmän valoa. aurinko liikkuu taivaalla. Columbian yliopiston sähköinsinööri John Kymissis, joka, kuten Shtein, ei ollut mukana tässä tutkimuksessa, sai kiitosta myös Wangin "älykkäästä suunnittelusta integroidulle energiantuotanto- ja varastointirakenteelle".
Wang, jolla on patentti vireillä tällä laitteella, toivoo saavansa sen kehittämään muutamassa vuodessa myytäväksi mahdollisesti edullisena kertakäyttöisen laturina tai, mikä vielä tärkeämpänä, työkaluna opettamaan lapsille sähkön toimivuudesta.
"Ne voivat tuottaa virtaa ja sytyttää valoja", Wang kertoo potentiaalista. "Kaikki nämä hyvät asiat, joita he voivat tehdä yksinkertaisella rakenteella."
Paperilaturi on kuvattu ACS Nanon lehden äskettäisessä numerossa.
