ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર અને TENG નેનોજનરેટર્સ

ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર એ કેટલીક સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના દેખાવની ઘટના છે જ્યારે તેઓ એકબીજા સામે ઘસવામાં આવે છે. આ અસર સ્વાભાવિક રીતે જ એક અભિવ્યક્તિ છે સંપર્ક વિદ્યુતકરણ, જે પ્રાચીન સમયથી માનવજાત માટે જાણીતું છે.

મિલેત્સ્કીના થેલ્સે પણ ઊન સાથે ઘસવામાં આવેલી એમ્બર સ્ટીક સાથેના પ્રયોગોમાં આ ઘટનાનું અવલોકન કર્યું હતું. માર્ગ દ્વારા, ખૂબ જ શબ્દ "વીજળી" ત્યાંથી ઉદ્દભવે છે, કારણ કે ગ્રીકમાંથી અનુવાદિત, "ઇલેક્ટ્રોન" શબ્દનો અર્થ એમ્બર થાય છે.

ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રદર્શિત કરી શકે તેવી સામગ્રી કહેવાતા ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક ક્રમમાં ગોઠવી શકાય છે: કાચ, પ્લેક્સિગ્લાસ, નાયલોન, ઊન, રેશમ, સેલ્યુલોઝ, કપાસ, એમ્બર, પોલીયુરેથીન, પોલિસ્ટરીન, ટેફલોન, રબર, પોલિઇથિલિન, વગેરે.

લાઇનની શરૂઆતમાં શરતી "સકારાત્મક" સામગ્રી છે, અંતે - શરતી "નકારાત્મક". જો તમે આ ઓર્ડરની બે સામગ્રી લો અને તેને એકબીજાની સામે ઘસશો, તો પછી "પોઝિટિવ" બાજુની નજીકની સામગ્રી હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થશે અને બીજી નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થશે. પ્રથમ વખત, 1757 માં સ્વીડિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી જોહાન કાર્લ વિલ્કે દ્વારા ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક શ્રેણીનું સંકલન કરવામાં આવ્યું હતું.

ભૌતિક દૃષ્ટિકોણથી, એકબીજા સામે ઘસવામાં આવતી બે સામગ્રીમાંથી એક પર હકારાત્મક ચાર્જ થશે, જે તેના મોટા ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક દ્વારા બીજાથી અલગ પડે છે. આ પ્રયોગમૂલક મોડેલને કોહેનનો નિયમ કહેવામાં આવે છે અને તે મુખ્યત્વે સાથે સંકળાયેલું છે ડાઇલેક્ટ્રિક્સ માટે.

જ્યારે રાસાયણિક રૂપે સમાન ડાઇલેક્ટ્રિક્સની જોડી એકબીજા સામે ઘસવામાં આવે છે, ત્યારે ગાઢ એક સકારાત્મક ચાર્જ પ્રાપ્ત કરશે. પ્રવાહી ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં, ઉચ્ચ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક અથવા ઉચ્ચ સપાટી તણાવ સાથેનો પદાર્થ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવશે. બીજી બાજુ, ધાતુઓ જ્યારે ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી સામે ઘસવામાં આવે છે, ત્યારે તે હકારાત્મક અને નકારાત્મક બંને રીતે ઇલેક્ટ્રિફાઇડ બની શકે છે.

એકબીજા સામે ઘસતા શરીરના ઇલેક્ટ્રિફિકેશનની ડિગ્રી વધુ નોંધપાત્ર છે, તેમની સપાટીઓનો વિસ્તાર વધારે છે. શરીરની સપાટી પર ધૂળનું ઘર્ષણ જેમાંથી તે અલગ થયું છે (કાચ, આરસ, બરફની ધૂળ, વગેરે) નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે. જ્યારે ચાળણી દ્વારા ધૂળને ચાળવામાં આવે છે, ત્યારે ધૂળના કણો પણ ચાર્જ થાય છે.

ઘન પદાર્થોમાં ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર નીચે પ્રમાણે સમજાવી શકાય છે. ચાર્જ કેરિયર્સ એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં જાય છે. સેમિકન્ડક્ટર્સ અને ધાતુઓમાં, ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર નીચા વર્ક ફંક્શનવાળી સામગ્રીમાંથી ઉચ્ચ કાર્ય કાર્ય સાથેની સામગ્રીમાં ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે છે.

જ્યારે ડાઇલેક્ટ્રિક ધાતુ સામે ઘસવામાં આવે છે, ત્યારે ધાતુમાંથી ડાઇલેક્ટ્રિકમાં ઇલેક્ટ્રોનના સંક્રમણને કારણે ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક ઇલેક્ટ્રિફિકેશન થાય છે. જ્યારે ડાઇલેક્ટ્રિક્સની જોડી એકસાથે ઘસવામાં આવે છે, ત્યારે ઘટના અનુરૂપ આયનો અને ઇલેક્ટ્રોનના પરસ્પર ઘૂંસપેંઠને કારણે થાય છે.

ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસરની તીવ્રતામાં નોંધપાત્ર યોગદાન એ એકબીજા સામે ઘર્ષણની પ્રક્રિયામાં શરીરના ગરમ થવાના વિવિધ ડિગ્રી હોઈ શકે છે, કારણ કે આ હકીકત વધુ ગરમ પદાર્થની સ્થાનિક અસંગતતામાંથી વાહકોના વિસ્થાપનનું કારણ બને છે - "સાચું" triboelectricity. વધુમાં, પીઝોઇલેક્ટ્રિક્સ અથવા પાયરોઇલેક્ટ્રિક્સના વ્યક્તિગત સપાટી તત્વોને યાંત્રિક રીતે દૂર કરવાથી ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર થઈ શકે છે.

પ્રવાહી પર લાગુ, ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસરનું અભિવ્યક્તિ બે પ્રવાહી માધ્યમો વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર અથવા પ્રવાહી અને ઘન વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર ઇલેક્ટ્રિક ડબલ સ્તરોના દેખાવ સાથે સંબંધિત છે. જ્યારે પ્રવાહી ધાતુઓ સામે ઘસવામાં આવે છે (પ્રવાહ અથવા અસરના છાંટા દરમિયાન), ધાતુ અને પ્રવાહી વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર ચાર્જના વિભાજનને કારણે ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રીસીટી થાય છે.

બે પ્રવાહી ડાઇલેક્ટ્રિક્સને ઘસવાથી વિદ્યુતીકરણ એ પ્રવાહી વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર ઇલેક્ટ્રિક ડબલ સ્તરોની હાજરીને કારણે થાય છે જેના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકો અલગ હોય છે. ઉપર સૂચવ્યા મુજબ (કોહેનના નિયમ મુજબ), નીચા ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક સાથેનું પ્રવાહી નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે, અને ઉચ્ચ સ્તર ધરાવતું પ્રવાહી હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે.

નક્કર ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પર અથવા પ્રવાહીની સપાટી પર અસરને કારણે પ્રવાહીના છંટકાવ કરતી વખતે ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર પ્રવાહી અને ગેસ વચ્ચેની સીમા પર ઇલેક્ટ્રિક ડબલ સ્તરોના વિનાશને કારણે થાય છે (ધોધમાં વીજળીકરણ આ પદ્ધતિ દ્વારા ચોક્કસપણે થાય છે) .

જોકે ટ્રાઈબોઈલેક્ટ્રીસીટી કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં ડાયઈલેક્ટ્રીકમાં વિદ્યુત શુલ્કના અનિચ્છનીય સંચય તરફ દોરી જાય છે, જેમ કે સિન્થેટીક ફેબ્રિક પર, તેમ છતાં ટ્રાઈબોઈલેક્ટ્રીક અસરનો ઉપયોગ આજે ઘન પદાર્થોમાં ઈલેક્ટ્રોન ટ્રેપ્સના ઉર્જા સ્પેક્ટ્રમના અભ્યાસમાં તેમજ લ્યુમિનેસેન્ટ કેન્દ્રોનો અભ્યાસ કરવા માટે ખનિજશાસ્ત્રમાં થાય છે. , ખનિજો, ખડકોની રચના અને તેમની ઉંમર માટે શરતો નક્કી કરે છે.

TENG ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક નેનોજનરેટર્સ

પ્રથમ નજરમાં, આ પ્રક્રિયામાં સામેલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની ઓછી અને અસ્થિર ઘનતાને કારણે ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક અસર ઉર્જાથી નબળી અને બિનકાર્યક્ષમ હોવાનું જણાય છે. જો કે, જ્યોર્જિયા ટેકના વૈજ્ઞાનિકોના જૂથે અસરની ઉર્જા લાક્ષણિકતાઓને સુધારવાનો માર્ગ શોધી કાઢ્યો છે.

પદ્ધતિ સૌથી વધુ અને સૌથી વધુ સ્થિર આઉટપુટ પાવરની દિશામાં નેનોજનરેટર સિસ્ટમને ઉત્તેજિત કરવાની છે, જેમ કે સામાન્ય રીતે ચુંબકીય ઉત્તેજના સાથે પરંપરાગત ઇન્ડક્શન જનરેટરના સંદર્ભમાં કરવામાં આવે છે.

સારી રીતે રચાયેલ પરિણામી વોલ્ટેજ ગુણાકાર યોજનાઓ સાથે જોડાણમાં, બાહ્ય સ્વ-ચાર્જ ઉત્તેજના સાથેની સિસ્ટમ ચોરસ મીટર દીઠ 1.25 mC કરતાં વધુની ચાર્જ ઘનતા પ્રદર્શિત કરવામાં સક્ષમ છે. યાદ કરો કે પરિણામી વિદ્યુત શક્તિ આપેલ જથ્થાના વર્ગના પ્રમાણસર છે.

વિજ્ઞાનીઓના વિકાસથી પોર્ટેબલ ઈલેક્ટ્રોનિક્સને ચાર્જ કરવા માટે પ્રાયોગિક અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતા ટ્રાઈબોઈલેક્ટ્રિક નેનોજનરેટર્સ (TENG, TENG) ની નજીકના ભવિષ્યમાં સર્જનની વાસ્તવિક સંભાવના ખુલે છે જે મુખ્યત્વે માનવ શરીરની દૈનિક યાંત્રિક હિલચાલમાંથી મેળવવામાં આવે છે.

નેનોજનરેટર્સ ઓછા વજન, ઓછી કિંમતનું વચન આપે છે અને તમને તેમની રચના માટે તે સામગ્રી પસંદ કરવાની પણ મંજૂરી આપશે જે 1-4 હર્ટ્ઝના ક્રમની ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝ પર સૌથી અસરકારક રીતે જનરેટ કરશે.

બાહ્ય ચાર્જ પમ્પિંગ સાથેનું સર્કિટ (બાહ્ય ઉત્તેજના સાથેના ઇન્ડક્શન જનરેટર જેવું) તે ક્ષણે વધુ આશાસ્પદ માનવામાં આવે છે, જ્યારે ઉત્પન્ન થયેલ ઊર્જાનો ભાગ જનરેશન પ્રક્રિયાને ટેકો આપવા અને કાર્યકારી ચાર્જ ઘનતા વધારવા માટે વપરાય છે.

વિકાસકર્તાઓની કલ્પના મુજબ, જનરેટર કેપેસિટર અને બાહ્ય કેપેસિટરનું વિભાજન ટ્રાઈબોઈલેક્ટ્રિક સ્તરને સીધી અસર કર્યા વિના બાહ્ય ઈલેક્ટ્રોડ્સ દ્વારા ઉત્તેજક ઉત્પાદનની મંજૂરી આપશે.

ઉત્તેજિત ચાર્જ મુખ્ય TENG નેનોજનરેટર (TENG) ના ઇલેક્ટ્રોડને પૂરો પાડવામાં આવે છે, જ્યારે ચાર્જ ઉત્તેજના સિસ્ટમ અને મુખ્ય આઉટપુટ લોડ TENG સ્વતંત્ર સિસ્ટમ તરીકે કામ કરે છે.

ચાર્જ ઉત્તેજના મોડ્યુલની તર્કસંગત ડિઝાઇન સાથે, તેમાં સંચિત ચાર્જ ડિસ્ચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન TENG દ્વારા જ પ્રતિસાદ દ્વારા ફરી ભરી શકાય છે. આ રીતે, TENG ની સ્વ-ઉત્તેજના પ્રાપ્ત થાય છે.

સંશોધન દરમિયાન, વૈજ્ઞાનિકોએ વિવિધ બાહ્ય પરિબળોની ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા પર અસરનો અભ્યાસ કર્યો, જેમ કે: ડાઇલેક્ટ્રિકનો પ્રકાર અને જાડાઈ, ઇલેક્ટ્રોડ્સની સામગ્રી, આવર્તન, ભેજ વગેરે. આ તબક્કે, TENG ટ્રાઇબોઇલેક્ટ્રિક સ્તરમાં 5 માઇક્રોનની જાડાઈ સાથે પોલિમાઇડ ડાઇલેક્ટ્રિક કેપ્ટન ફિલ્મનો સમાવેશ થાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોડ કોપર અને એલ્યુમિનિયમના બનેલા છે.

વર્તમાન સિદ્ધિ એ છે કે માત્ર 1 હર્ટ્ઝની આવર્તન પર 50 સેકન્ડ કાર્ય કર્યા પછી, ચાર્જ તદ્દન અસરકારક રીતે ઉત્સાહિત છે, જે વિશાળ એપ્લિકેશન માટે સ્થિર નેનોજનરેટરના નજીકના ભવિષ્યમાં સર્જન માટે આશા આપે છે.

બાહ્ય ચાર્જ ઉત્તેજના સાથે TENG માળખામાં, મુખ્ય જનરેટર અને આઉટપુટ લોડ કેપેસિટરની કેપેસિટેન્સનું વિભાજન ત્રણ સંપર્કોને અલગ કરીને અને કેપેસિટેન્સમાં પ્રમાણમાં મોટો ફેરફાર હાંસલ કરવા માટે વિવિધ ડાઇલેક્ટ્રિક લાક્ષણિકતાઓવાળી ઇન્સ્યુલેટીંગ ફિલ્મોનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.

પ્રથમ, વોલ્ટેજ સ્ત્રોતમાંથી ચાર્જ મુખ્ય TENG ને પૂરો પાડવામાં આવે છે, જેની કેપેસીટન્સ પર વોલ્ટેજ બને છે જ્યારે ઉપકરણ મહત્તમ ક્ષમતાની સંપર્ક સ્થિતિમાં હોય છે. બે ઇલેક્ટ્રોડ અલગ થતાંની સાથે જ, કેપેસીટન્સમાં ઘટાડો થવાને કારણે વોલ્ટેજ વધે છે અને બેઝ કેપેસિટરમાંથી સંતુલન સ્થિતિ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી ચાર્જનો પ્રવાહ સ્ટોરેજ કેપેસિટર તરફ જાય છે.

સંપર્કની આગલી સ્થિતિમાં, ચાર્જ મુખ્ય TENG પર પાછો ફરે છે અને ઊર્જાના ઉત્પાદનમાં ફાળો આપે છે, જે મુખ્ય કેપેસિટરમાં ફિલ્મના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક જેટલું વધારે હશે. ડાયોડ ગુણકનો ઉપયોગ કરીને ડિઝાઇન વોલ્ટેજ સ્તર હાંસલ કરવામાં આવે છે.