摩擦可以制作發(fā)電機(jī)嗎

摩擦可以制作發(fā)電機(jī)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(gè)簡單的發(fā)電機(jī)。

1、首先準(zhǔn)備好材料：導(dǎo)線，永磁磁鐵，轉(zhuǎn)子軸，軸承。2、注意事項(xiàng)：定轉(zhuǎn)子的材料需要使用能導(dǎo)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(dǎo)磁性能，也就是發(fā)電機(jī)的電壓與功率都會(huì)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(duì)數(shù)形成對(duì)稱，外形成圓形一般影響電壓的就是磁場(chǎng)的強(qiáng)度大小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，磁極對(duì)數(shù)的多少2）定子：將導(dǎo)線單一方向繞制在定子鐵芯上，如使用類似市場(chǎng)電機(jī)的話繞制的方法不一樣，現(xiàn)以最簡單為例百科，導(dǎo)線的直徑將影響發(fā)電電流，即發(fā)電機(jī)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(gè)發(fā)電機(jī)，使用動(dòng)力帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)速度的高低與電壓有關(guān)）就可以在導(dǎo)線的兩端取得交流電壓了。

利用摩擦能給手機(jī)充電？摩擦納米發(fā)電機(jī)使“能源”無處不在

作者：**科普博覽
有沒有想過擁有一臺(tái)永遠(yuǎn)不用充電的手機(jī)？有沒有想過在醫(yī)療領(lǐng)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(diǎn)亮一束花朵？我們從很小的時(shí)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(dāng)時(shí)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(xué)家發(fā)明的摩擦納米發(fā)點(diǎn)機(jī)Triboelectric Nano Generator（TENG）。摩擦納米發(fā)電機(jī)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(gè)人走路2個(gè)小時(shí)能產(chǎn)生67W的能量，這等于0.3度電，相當(dāng)于可以為大約30部智能手機(jī)充滿電的電量?？梢跃S持一臺(tái)普通的筆記本電腦連續(xù)工作20小時(shí)。

**科學(xué)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(dòng)都會(huì)有，因此我們發(fā)明了四種模式，可以把這種接觸、滑動(dòng)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(shì)互補(bǔ)的效果?！?br/> 使用輪機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)（火電、水電、風(fēng)電），再發(fā)電過程中會(huì)因?yàn)槟Σ炼鴵p失相當(dāng)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(jī)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(bǔ)充，可以實(shí)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(gè)小故事：團(tuán)隊(duì)從2006年開始微納能源技術(shù)研究，當(dāng)時(shí)曾想把心跳、手動(dòng)等都轉(zhuǎn)化成電能，并且想要通過壓電效應(yīng)來達(dá)到這個(gè)目的。

2008年做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，他們偶然得到了比想象中高得多的電能輸出，當(dāng)時(shí)認(rèn)為是人為效應(yīng)或者是實(shí)驗(yàn)差錯(cuò)，因而就沒有注意。直到2011年，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中再次發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象，接下來通過進(jìn)行仔細(xì)研究、分析這些樣品，經(jīng)過幾個(gè)月的分析發(fā)現(xiàn)，這些電能是由常見的摩擦效應(yīng)產(chǎn)生的。
自從那時(shí)起，王中林團(tuán)隊(duì)就一直進(jìn)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(shí)驗(yàn)方法以及一些應(yīng)用。

王中林院士說道：“我們也沒有想到，偶然發(fā)現(xiàn)的這個(gè)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(gè)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(xiàng)工作。從我們**個(gè)開始研究，到現(xiàn)在普遍被探索，這是個(gè)好現(xiàn)象，它必然是能給人類能源帶來一線希望的?！?br/> 摩擦納米發(fā)電機(jī)：門檻低，應(yīng)用廣
很多人一定想問了，這個(gè)摩擦納米發(fā)電機(jī)一定很貴吧？能不能大規(guī)模普及呢？事實(shí)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(jī)成本上沒有多大門檻，因?yàn)樗牟牧暇哂衅者m性，技術(shù)也相對(duì)成熟，所以只要在這個(gè)基礎(chǔ)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(yīng)用。

摩擦納米發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)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(cè)量體溫，（如果是現(xiàn)在的話）你必須有個(gè)電池才能驅(qū)動(dòng)電子體溫計(jì)。（而使用摩擦納米發(fā)電技術(shù)）我們把一個(gè)材料戴在手上，把衣服搖晃兩下，就可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量體溫，這就是穿戴式健康監(jiān)護(hù)，這種未來將是個(gè)大市場(chǎng)。所以這樣的應(yīng)用領(lǐng)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(jìn)進(jìn)出出，利用人走路踩過地面這個(gè)動(dòng)作產(chǎn)生的電，每天就相當(dāng)于約2.5噸煤燃燒產(chǎn)生的電。這個(gè)能源在過去是我們沒有注意到的，但是這在我們現(xiàn)實(shí)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(shè)想一下在未來摩擦納米發(fā)電普及之后我們的生活會(huì)是什么樣子呢？
每天早上7點(diǎn)，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(yùn)轉(zhuǎn)，水杯將飲水?dāng)?shù)據(jù)傳送到手機(jī)APP中，記錄飲水時(shí)間和飲水的量，到了喝水的時(shí)間點(diǎn)，APP就會(huì)自動(dòng)提醒小李喝水及飲水量，**均衡喝水so easy。
7點(diǎn)半，小李準(zhǔn)時(shí)出門，出門前，他會(huì)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(cè)人體心率、血液流動(dòng)速度等，還能通過數(shù)據(jù)分析，得出人體健康指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)和指標(biāo)都可以傳輸?shù)绞謾C(jī)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(dòng)打卡成功。

很快小李就投入到緊張的工作中去，十點(diǎn)多左右，手機(jī)“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(shí)了，快起來活動(dòng)一下?！?br/> 午休結(jié)束后，小李到客戶的公司去開會(huì)。在地鐵上，小李發(fā)現(xiàn)手機(jī)電量不足，他從容地將手機(jī)放入衣服上的特殊口袋中。

當(dāng)他們到達(dá)客戶的公司后，手機(jī)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(zhǔn)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(tái)風(fēng)掛斷了。這時(shí)，小李淡定地啟動(dòng)了安裝在房子外墻上的TENG臨時(shí)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(shí)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(yùn)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(yùn)藏著約20萬kW的能量。假設(shè)其中有10%的能量可以通過摩擦納米發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能，1平方公里的電能就可以點(diǎn)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(jī)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(huì)被準(zhǔn)確地“感覺”到，該裝置有望在有機(jī)電子材料和光電系統(tǒng)中獲得應(yīng)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(xué)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(jī)，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(jī)依靠摩擦點(diǎn)電勢(shì)的充電泵效應(yīng)，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(dāng)摩擦發(fā)生時(shí)，兩層聚合物薄膜之間產(chǎn)生電荷分離并形成電勢(shì)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(fù)責(zé)接收電子，此外，外部的按壓產(chǎn)生的機(jī)械形變也能使它們發(fā)生摩擦產(chǎn)生電力。

納米發(fā)電機(jī)誕生：摩擦摩擦就能給手機(jī)充電

從2012年開始，喬治亞理工的科學(xué)家就一直在探索納米級(jí)靜電發(fā)電機(jī)（TENGs）的應(yīng)用和商業(yè)前景。
近日，韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）研究團(tuán)隊(duì)在TENGs領(lǐng)域傳來好消息，他們已經(jīng)攻克了一個(gè)阻礙TENGs技術(shù)廣泛應(yīng)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(dǎo)電的物質(zhì)，比如空氣、玻璃、云母片、膠木等。

只不過在靜電場(chǎng)中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場(chǎng)，這也是電介質(zhì)和導(dǎo)體之間的基本區(qū)別，因此當(dāng)給電介質(zhì)接入電場(chǎng)時(shí)，在外電場(chǎng)的作用下，這些電荷就會(huì)在微觀范圍內(nèi)產(chǎn)生極化和去極化，實(shí)現(xiàn)充/放電的功能。
TENGs設(shè)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(shè)備就可以將摩擦產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為一些小型的電子設(shè)備提供電力。
不過，在研究TENGs設(shè)備時(shí)候，UNIST的研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然該設(shè)備的特性確實(shí)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(jìn)行接觸而導(dǎo)致材料磨損嚴(yán)重、靜電對(duì)潮濕環(huán)境比較敏感導(dǎo)致電力輸出時(shí)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(diǎn)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(guān)的環(huán)境問題。

經(jīng)過實(shí)際性的研究后發(fā)現(xiàn)，UNIST在ScienceAdvances上發(fā)表的設(shè)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(duì)更多！
前文提到，UNIST團(tuán)隊(duì)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(shì)必會(huì)讓TENGs技術(shù)更好的適用于充電設(shè)備中。

究其目的，研究TENGs技術(shù)的最終目標(biāo)是為智能手機(jī)和手機(jī)進(jìn)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(jī)等終端設(shè)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(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行發(fā)電的研究都在馬不停蹄的進(jìn)行，比如美國麻省理工學(xué)院的兩名學(xué)生設(shè)計(jì)了一種地板系統(tǒng)可以收集人們走路、跳舞以及跳躍等運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)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(rèn)為，通過對(duì)人類運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行電能的收集這樣的實(shí)驗(yàn)也許還比較靠譜，對(duì)摩擦產(chǎn)生的電量進(jìn)行似乎略顯無稽。