A legtöbb ember számára a statikus elektromosság enyhén fájdalmas zavar. A mérnökök azonban az utóbbi években ennek a látszólag véletlenszerű jelenségnek a kiaknázására törekedtek, hogy olcsón és könnyen előállítsanak kis mennyiségű villamos energiát.
A legtöbb statikus elektromosság a "triboelektromos hatás" terméke, amely akkor fordul elő, amikor két anyag érintkezik, és az elektronok között kereskedelemre kerülnek. Az anyagok szétválasztásakor az elektronok egyensúlytalansága általában fennmarad, mivel az anyagok egyes atomjai extra elektronokat nyernek, mint mások.
Ez az egyensúlyhiány elektromos töltést hoz létre az anyagokon, és az anyagok atomjai arra törekszenek, hogy visszatérjenek a semleges töltéshez, tehát az elektromosság megszületett. A sokk, amelyet egy ajtógomb megérintése után a plüss szőnyegen való áthaladás esetén tapasztal, az a test atomjai, amelyek kiürítik a szőnyegen összegyűjtött extra elektronokat, hogy visszatérjenek semleges töltéshez.
A trioelektromosság kiszámíthatatlan, ám az utóbbi években a mérnökök innovatív módszereket dolgoztak ki annak potenciáljának kiaknázására, kezdve a személygépkocsi gumiabroncjaiban lévő elektródáktól kezdve a falapokig, amelyek statikus hatást keltenek a bejutáskor. Az egyik úttörő ezen a téren a Georgian Institute of Technology mérnök, Zhong Lin Wang volt, aki triboelektromos generátorokat hozott létre sokféle anyagból, ideértve az ultravékony polimereket, amelyek érintőképernyőkké, szövetekké és akár újrahasznosított szóda palackokként is szolgálhatnak.
"Erre a célra szinte bármilyen anyag felhasználható" - mondja Wang. Legutóbbi triboelektromos alkotásaihoz Wang olyan anyagokat keresett, amelyekhez kevés társulna az elektromosság - papír. Gyerekként Wang elmondja, hogy bonyolult alkotásokkal játszik, amelyek papír vágására és hajtogatására készültek. Ezt a kelet-ázsiai művészetet, amely több ezer évvel ezelőtt nyúlik vissza, "kirigami" -nek nevezik, fordítva "vágott papírra" (szorosan kapcsolódik a híres "origami-hoz", ami azt jelenti, hogy a papír hajtogatható).
"Ez valószínűleg a lehető legolcsóbb anyag." - mondja Wang, miért választotta a papírt. "Ez egy biológiailag lebontható és biztonságos anyag, amelyet minden nap használunk."
Wang és csapata lézerrel téglalapokra vágta a homokpapírt, és vékony rétegben borította be aranyat és más vezető anyagot. Aztán a téglalapokat háromdimenziós rombusz alakzatokba gyűjtötték össze. Ezek a rombák, amelyek beleférnek a tenyerébe és felhajthatók, és tárolásra kerülnek egy pénztárcában vagy zsebében, áramot termelnek, amikor valaki az ujjaival rájuk nyomja. Ez a vezető rétegeket érintkezésbe hozza, felépítve az elektronok egyensúlyhiányát, amely statikus töltést okoz. A papírkészülék néhány percig történő ismételt megnyomása körülbelül 1 volt energiát eredményezhet, amely elegendő egy óra vagy vezeték nélküli távirányító, vagy akár egy kicsi orvostechnikai eszköz feltöltéséhez néhány percig vészhelyzetben - mondja Wang.
Wang vágott rácsos szerkezetének a rombus belsejében való használata "okos megközelítés a triboelektromos generáció felületének növelésére" - mondja a Michigan-i Egyetem mérnöke, Max Shtein, aki a kirigami segítségével háromdimenziós napelemeket készített, amelyek több fényt tudnak elnyelni, mivel nap mozog az égen. John Kymissis, a Columbia University Egyetemi villamosmérnöke, aki - akárcsak Shtein - nem vett részt ebben a kutatásban - szintén dicséretet kapott Wang "intelligens kialakításáért egy integrált energiatermelő és -tároló szerkezetért".
Wang, akinek szabadalma van folyamatban ezen a készüléken, azt reméli, hogy néhány év múlva kifejleszti azt, hogy potenciálisan olcsó eldobható töltőként, vagy ami még ennél is fontosabb, eszközként szolgáljon, amely a gyermekeket megtanítja az elektromosság működéséről.
"Ezek energiát generálhatnak és kigyulladhatnak lámpákat" - mondja Wang a potenciálról. "Mindezek a jó dolgok, amelyeket egyszerű szerkezettel tudnak megtenni."
A papírtöltőt az ACS Nano folyóirat legfrissebb kiadása ismerteti.
