摩擦一下,“电”起来!

2016-05-14 15:24史峰
大众科学 2016年9期
关键词:静电发电机柔性

史峰

电灯、电扇、电饭锅、电视、电脑、电冰箱……我们的生活,似乎一刻也离不开电。那么,电是从哪里来的?

这个问题好简单:火力发电厂、水力发电厂、核电厂送来的呗!

其实,除了火电、水电、核电之外,还有一种最原始、最自然的发电方式,那就是摩擦生电。

小时候上科学课时,老师都会给大家演示摩擦生电的实验:用丝绸摩擦玻璃棒,然后玻璃棒上就会产生静电并吸附小纸片——虽然凭借肉眼我们看不到静电,但被吸上来的小纸片就是静电存在的证据。

静电为何不可用

一摩擦就来电,这种简单的发电方法其实古人很早就发现了。早在公元前6世纪,希腊哲学家泰勒斯就发现并记载了摩擦过的琥珀能吸引轻小物体。我国东汉时期,王充在《论衡》一书中提到“顿牟掇芥”,指出摩擦琥珀能吸引芥子、干草等微小屑末。

但问题来了:一摩擦就生电,电这么容易获得,为何咱们不用这种方式来发电,还要费力气去建各种各样的发电站?

其实,发电并非这么简单,要知道发电站输出的是电流,电流“流过”灯泡时,灯泡才会被点亮。而摩擦生出的电是“静电”,通常静电是不流动的,因而无法产生电流,所以就算灯泡上“沾满”静电,也无法点亮。只有让静电“流动”起来,才有可能点亮灯泡。

那么,有没有一种办法能让静电产生电流?

当然有!给静电一个导电线路,它就能流动起来,产生电流。比如你身上有静电时,用手指一碰金属物体,啪,你就会被电到——这就是因为身上的静电顺着金属物体流动,产生了电流,让人触电了。

当然,自然界中即便是聚积起来的静电产生了电流,也很难用它来点亮灯泡。因为灯泡要亮起来的话,需要持续不断的电流,自然状态下静电只能产生瞬间电流,无法产生持续的电流。这和你手指快速掠过火焰,火焰却烧不痛你的道理有点儿类似,手指只是瞬间接触火焰嘛。

总而言之,摩擦是可以生电的,但生的是静电,且静电不产生或只产生瞬间电流,所以目前静电还不能当作电源使用。

摩擦发电机问世了

那么,有没有办法让静电持续产生电流?

原来没有,现在有了——中国科学院纳米能源与系统所首席科学家、佐治亚理工学院院士、董事教授王中林带领的团队,已经研发出一种摩擦纳米发电机,可以持续摩擦生电并为小型电子设备供电。

这种摩擦发电机与此前的其他发电机完全不同:它没有转子和磁铁,仅用两块摩擦材料贴合在一起,让它们通过相互持续摩擦产生源源不断的静电并转化成电流。

要让摩擦发电机持续摩擦,那就需要持续动力是吧!所以,科学家把摩擦发电机放进鞋子里,当人穿着鞋子走路时,发电机的两块摩擦板就会被带动着相互摩擦,只要人不断地走动起来,那么发电机就会不断地产生静电,继而输出电流,这些电流可以点亮80个LED小灯泡,看起来完全是“灯火通明”的样子。

不过,摩擦发电机放在鞋子里,虽然可以让“脚下生辉”,但磨损速度极快,很短的时间内它就磨坏了——摩擦发电机,点亮的是灯泡,磨坏的却是鞋子,硬件技术不怎么成熟呐!

于是,科学家又进一步研发出升级版耐磨摩擦发电机:将两块摩擦材料做成波浪接触面叠放在一起,这种叠放方式不需要两块材料大摩擦,只需要相互之间轻轻挤压就有很好的发电效果。另外,摩擦材料也改成了比原来的硬质材料耐磨数百倍的柔性纳米材料。这样,“柔性摩擦发电机”就诞生了。把它放进鞋子里,你尽管走,鞋子磨坏了,它也磨不坏。

真正的“全绿色电”

前面说了,咱们有水电、火电、核电,这么多的供电方式,干嘛非去弄个装在鞋子里的摩擦发电机——无厘头的小玩意儿,一点都不实用,完全是科学家的自娱自乐!

如果这么想,那你就错了。

虽然,现在摩擦发电机只能点亮LED灯,既不能用来看电视,也不能给空调供电,电力微小,没有什么实用价值。可是,摩擦发电机透露出的发电新思路却不容小觑,它能为人类提供“全绿色电”,将成为真正的新能源机器。

说到“全绿色电”,咱们不得不说说“黑色电”。

“黑色电”,就是以牺牲环境为代价而提供的电力。比如,火电站天天烧煤发电,电是发出来了,但空气却污染了。再比如,水电站需要垒坝截江,电是发出来了,但江河的自然泾流方式被改变了,对环境也会产生危害。相比这两种发电方式,核电算是清洁能源,但核泄漏的风险目前人类仍无法完全掌控,所以核电也是潜在的“黑色电”。

那么,为什么说摩擦电是“全绿色电”呢?关键是发电方式简单,摩摩擦擦就行了,不烧煤、不建坝,也不需要核反应堆,不污染环境,完全“绿色”——而且现在不用再把摩擦发电机做好放在鞋子里了,发电机直接可以做成鞋子,穿鞋走路,电就来了。

噢,既然摩擦发电机能做成鞋子,做成衣服行不行?当然没问题,穿一件摩擦材料做成的发电服,穿多长时间就能发多长时间的电,这电是穿衣服穿出来的,“绿”极了!

让一切会动的物体变成电源

将摩擦发电机穿身上发电,似乎还不够酷?没关系,我们还可以把柔性摩擦发电套套在任何可移动物体的表面,让物体在移动时通过摩擦来发电。

这真是又酷又神奇——把柔性摩擦发电套套在树上,随树枝摇动就能发电,这样,每一棵树都变成了一个可自供电的路灯;把发电机套在宠物身上,宠物就成了电源,你的爱狗就能分分钟给你的手机充电了;把摩擦发电机做在足球表面,这样,足球就变成了一只电力球,既可当球踢,又能无线上网并充当现场直播记者……总之,柔性摩擦发电机可以让一切会动的物体变成电源,积少成多,电力十足不是梦。

那么,除了这些零零散散的供电以外,柔性摩擦发电机能不能整体性地提供足够的电力呢?办法也是有的:只要用一块非常大的柔性摩擦材料做成摩擦发电机,然后把它放进海洋中,让海水成为发电机的一个“电极”,或者说,让摩擦材料与海水摩擦生电。

这可真是一个大胆而神奇的解决方案,要知道,海洋覆盖了地球70.8%的表面,全球约44%的人口都居住在距海岸线150千米的范围内。只要摩擦发电机足够大,理论上整个大海都可以用来发电——这样,大海就变成了世界上最大的发电机——海风轻轻吹,海浪轻轻摇,源源不断地向人们提供电力,这真是梦幻般的绿色新科技啊!

更棒的是,这一梦幻科技的实现指日可待:由于柔性摩擦发电技术中所采用的部件成本很低,且用量极少,研发团队负责人王中林院士认为,未来三到五年,这一技术就能进行大规模产业化推广,走进人们的日常生活。

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