От успешной добычи энергии в немалой степени зависит и успешность нашей цивилизации, поэтому способы её извлечения постоянно совершенствуются.
Есть великое множество способов добычи электроэнергии из разных процессов, сред, явлений, где одним из самых перспективных способов является извлечение электроэнергии из трения.
По большому счёту, все остальные способы требуют задействования не слишком распространённых и/или конечных ресурсов: тепла, света, природных локальных процессов (течения рек, приливов/отливов, вулканической активности и т. д.) — в то время как трение присутствует повсюду в той или иной форме.
Можно даже сказать, что вы сами не падаете в данный момент со стула/кресла только потому, что наличествует трение покоя… :-)
Таким образом, мы видим, что даже когда отсутствует целый ряд факторов, потенциально применимых для добычи электроэнергии, трение присутствует в любом случае…
В этой связи имеет смысл рассмотреть, как мы могли бы использовать его в своих интересах?
Явление электризации за счёт трения известно тысячи лет — ещё древнегреческий философ и математик Фалес Милетский замечал, что если потереть палочку из янтаря шерстью, то она начинает притягивать к себе пылинки, перья.
Со временем, по мере развития научных знаний, это явление получило название трибоэлектрического эффекта — то есть процесса электризации материалов за счёт трения.
В дальнейшем для некоторых известных материалов учёные составили так называемый трибоэлектрический ряд (первый ряд был составлен ещё в 1757 году шведским физиком Иоганном Вильке), который показывает, какой знак приобретают материалы при трении — таким образом, один конец ряда содержит материал, наиболее положительно заряжающийся, в то время как противоположный конец — материал, приобретающий наиболее отрицательный заряд.
По мере развития науки и технологий и открытия/разработки новых материалов — с их использованием составлялись новые ряды/модифицировались имеющиеся (я не случайно говорю тут «ряды» во множественном числе — и об этом будет ещё чуть ниже) ;-)
Принцип получения такого заряда разными материалами базируется на том, что разные материалы могут отдавать/принимать электроны, где одни материалы легче отдают электроны, а другие легче принимают.
Таким образом, первые материалы заряжаются положительно (то есть наблюдается недостаток электронов), в то время как вторые заряжаются отрицательно (то есть наблюдается избыток электронов). Соответственно, эти материалы будут располагаться в разных частях трибоэлектрического ряда.
Любопытный момент, который следует из всего вышесказанного: при прочих равных, если мы хотим получить наибольшую разность потенциалов (то есть максимально высокое напряжение), следует взять и тереть друг об друга материалы, максимально далеко расположенные в трибоэлектрическом ряду.
Ещё один любопытный факт заключается в том, что если вы попытаетесь найти в интернете что-то вроде «максимально полного трибоэлектрического ряда», то вы просто не сможете этого сделать! И всегда будете натыкаться на урезанные версии!
Причиной этого является то, что в самом начале, когда составлялся самый первый трибоэлектрический ряд, у учёных ещё было недостаточно знаний, и они не знали, что заряд материала может меняться от множества условий — скажем, в одних условиях заряд может быть положительным, а в других — отрицательным!
Они этого не знали, и поэтому располагали материалы в ряду, предполагая, что знак приобретаемого заряда является константой при любых условиях, но, как выяснилось со временем, это не так — оказалось, что очень сильно на знак влияет множество факторов: влажность (скажем, стекло может заряжаться прямо противоположно при разной влажности), сила и скорость трения, наличие загрязнений на поверхности (например, та же самая масляная плёнка может полностью «развернуть» заряд) и микроархитектура поверхностей трущихся материалов.
Поэтому полный трибоэлектрический ряд составить оказалось невозможно, и те обрывочные ряды, которые встречаются в сети, составляются под конкретный случай, для конкретных условий.
Например, один из подобных можно найти вот здесь — правда, он тоже частичный, и, например, не содержит жидкостей (оказывается, к жидкостям тоже применимо понятие трибоэлектризации и называется это «электризация на границе раздела фаз», например, возможно проскакивание искры в резервуаре при трении нефти о воду).
По этой ссылке, по крайней мере, мы можем узнать, что один из наиболее широко используемых для 3D-печати пластиков (ABS) находится где-то посередине ряда, в то время как в самом низу ряда находится тефлон (Teflon).
Таким образом, в теории, если мы будем тереть тефлон об ABS, то мы можем получить достаточно большую разницу потенциалов… А вот если бы мы взяли нейлон (Nylon), который расположен ещё выше, чем ABS, то могли бы получить ещё существенно большую разницу потенциалов.
Причём, глядя на этот ряд, у меня родилась интересная (и логичная) идейка — ведь можно генерировать электричество, даже используя всего лишь эти два материала (в смысле, даже не занимаясь поиском каких-то экзотических и сложных материалов): печатаются на FDM 3D-принтере две детали — одна из нейлона, а другая из ABS-пластика — после чего встраиваются в некое устройство, где они трутся друг о друга.
Вуаля: имеем генерацию электричества! ;-) Ну и т. д. — в общем, я думаю, вы поняли принцип…
Кстати говоря, некоторое время назад, рассматривая общие принципы построения трибоэлектрических генераторов, мы увидели, что все способы организации трения материалов друг об друга можно условно разделить на 4 вида:
С периодическим соединением (и, опционально, сгибанием) и разъединением:
С постоянным касанием друг друга и скольжением относительно друг друга (это происходит одновременно):
С использованием всего лишь одного стационарного материала (по сути, один электрод, который приближается или касается других материалов, например, стационарно установленная пластина — капель дождя или человеческой кожи):
Две поверхности трутся друг о друга, при этом два электрода (для съёма полезного напряжения) имеет только одна поверхность, а вторая вообще без электродов (например, одна — установлена на вилку или раму велосипеда, а вторая на колесе и трётся о первую).
При этом подобное условное разделение позволяет просто несколько структурировать своё собственное мышление (если у вас возникнет желание поработать в этой области и разработать некое своё устройство) и, в целом, весь этот список методов предназначен всего лишь для более гибкого использования технологии и реализации её разными способами…
Более подробно можете почитать по ссылке выше, там есть подробное описание и ссылки на научные работы, где это разобрано с картинками и т.д. и т.п...
Некоторое время назад я наткнулся на любопытное видео, где наглядно показано, что трибоэлектрические генераторы — это не какая-то «высоколобая наука», а «прямо здесь, рядом», и может быть сделано любым (см. описание ниже видео):
Дело в том, что в этом видео один из энтузиастов показывает, как собрал достаточно эффективный трибоэлектрический генератор, где сама конструкция достаточно продуманная: из угленаполненного pla-пластика печатается своеобразная решётка с ячейками (наподобие того, как делаются картонные коробки, в которых продаются обычно яйца в магазинах), где примерно на середине печати принтер ставится на паузу и:
в каждую ячейку вкладывается шарик из тефлона;
на принтере меняется филамент на «стандартный» (автор видео отдельно не поясняет этот момент, однако упоминает, что это делается специально, чтобы создать изолятор между двумя электродами) — этот момент не поясняется, однако, полагаю, что использован тот же самый pla, только без угленаполненности.
Далее принтер снимается с паузы, и печатает несколько слоёв этим обычным pla, создавая изолятор поверх токопроводящего слоя.
Затем принтер снова ставится на паузу, после чего в нём снова меняется филамент на токопроводящий (угленаполненный PLA), принтер снимается с паузы и допечатывает оставшуюся часть 3D-модели.
Таким образом, в итоге получается, что шарики из тефлона оказываются запертыми внутри корпуса из PLA, который специально был спроектирован с некоторым зазором, чтобы шарики могли немножко внутри «болтаться».
Верхняя часть корпуса является одним электродом, а нижняя часть — вторым электродом (электроды предназначены для снятия с устройства полезного сгенерированного тока).
Кстати, попутно надо отметить и оригинальность задумки — дело в том, что обычно в подобных трибоэлектрических генераторах существует проблема: два трущихся материала необходимо ещё покрыть дополнительно каким-то токопроводящим слоем (металлом и т. д.), чтобы снимать генерируемый ток.
А тут автор применил оригинальный лайфхак — у него трущаяся поверхность одновременно является и электродом! Таким образом мы наблюдаем эффективное решение 2 в 1!
Насколько мне удалось выяснить, применяемый им PLA-пластик находится приблизительно в той же области, что и ABS-пластик (в том трибоэлектрическом ряду, который мы видели выше; он там реально не был помещён, но гипотетически «если бы он там был»).
Таким образом, при трении угленаполненного PLA-пластика и тефлона* первый заряжается положительно, а второй — отрицательно.
*Мы здесь постоянно говорим о «тефлоне» — под которым подразумеваем весьма распространённую субстанцию, широко известную в бытовом применении как «фторопласт» или «белый фторопласт».
Кстати говоря, в видео выше это тоже можно было видеть, если вы обратили внимание на цвет шариков — он ярко-белый.
Подобное вещество весьма широко распространено и его можно найти в обычных хозмагах — в виде ленты ФУМ.
Как отмечает автор видео, подобный генератор создаёт напряжение порядка 8000 В и постоянно неплохо бьёт его в пальцы :-)
Тут сразу надо отметить, что трибоэлектрические генераторы традиционно отличаются высоким генерируемым напряжением и относительно малой силой тока, которая, впрочем, тоже неплоха, так как, в противном случае, энергия трения просто рассеивалась бы, а здесь же её можно попробовать утилизировать некоторым полезным образом…
Во всей этой затее мне показалось интересным и привлекательным именно то, что используются самые доступные материалы и с их помощью можно создать достаточно функциональное устройство.
При этом, насколько я понимаю, мы здесь наблюдаем ещё один любопытный момент — шарики в этой конструкции выступают в роли физического переносчика заряда, где на первом этапе, когда они касаются какого-либо из электродов, за счёт трения на их поверхность переходит электрон(ы).
Таким образом, шарик заряжается отрицательно, а поверхность — положительно. Соответственно, разноимённые заряды притягиваются — и шарик физически остаётся как бы приклеившимся к тому электроду, с которого он только что забрал электрон.
Теперь этот электрон необходимо как-то перенести на другой электрод. Как это сделать? А весьма оригинальным образом — просто-напросто за счёт тряски «отодрать» шарик от электрода, к которому он приклеился за счёт взаимного притяжения, и заставить коснуться другого электрода! :-)
Насчёт шариков следует сказать, что их, наверное, можно рассматривать как достаточно проблемное решение: трудно (относительно) достать, шумят при работе.
На мой взгляд, учитывая доступность ленты ФУМ (впрочем, и не только — при желании можно приобрести и листовой фторопласт), вполне можно попытаться соорудить и свой собственный трибоэлектрический генератор оригинальной конструкции, где за основу взять четыре принципа организации трения, которые я привёл выше.
Ну или оставить шарики, но увеличить их количество, уменьшить размер, вместо проводящего PLA использовать гальваническое покрытие металлом (кстати, автор видео такое покрытие тоже видит перспективным и хочет попробовать, судя по его комментам).
В любом случае затея видится довольно интересной и вполне доступной для реализации! ;-)
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
