Простой оригинальный коммутатор на основе трибоэлектрического эффекта

Трибоэлектричество – это форма электричества, известная человечеству на протяжении тысячелетий как статическое электричество. Многие наверняка замечали, как при снятии одежды, сделанной из определенного материала, возникают искры между телом и одеждой. Из-за этого эффекта большинство готовых печатных плат и интегральных микросхем обрабатывают специальными антистатическими пенами и лаками.

Трибоэлектрический эффект получается когда определенные комбинации материалов трутся друг об друга. Величина электрического заряда будет напрямую зависеть от способности материалов генерировать или принимать электроны. В таблице ниже приведены трибоэлектрические свойства некоторых материалов:

Трибоэлектрические свойства некоторых материалов

Те из материалов, которые максимально разделены между собой в таблице, будут генерировать наибольший заряд при трении между собой (например, акрил и тефлон).

Трибоэлектрический эффект можно использовать в обычном коммутаторе:

Трибоэлектрический коммутатор

Металлический зубец, обернутый тефлоновой лентой, зажимается между кусками меди эпоксидной печатной платы и покрывается каптоновой лентой (полиимидная пленка, разработанная компанией DuPont в конце 1960-х годов и способная сохранять свои качества в широком диапазоне температур, от -270 до + 400 ° С). Поверхности находятся в тесном контакте друг с другом и соединяются каплей силиконового клея. В данном случае в качестве трибоэлектрических материалов используют тефлон и каптон, но могут использовать и другие материалы.

Силиконовый клей позволяет закрепить конструкцию при сборке, как показано на рисунке выше. Полученные заряды накопляются на металлическом зубце и медных поверхностях платы. При использовании большого разрядного сопротивления можно получить приличное напряжение (при сопротивлении в 10 МОм):

Трибоэлектрический эффект при разрядном сопротивлении в 10МОм

Демонстрационный коммутатор автора имел длину в четыре дюйма и ¾ дюйма в ширину. Использовать такие переключатели можно для активации CMOS цифровых схем:

Схема установки светодтода с помощью трибоэлектрических переключателей

В данной схеме два трибоэлектрических переключателя занимаются установкой и сбросом триггера, который зажигает светодиод. Диоды предотвращают попадание высокого напряжения на транзисторы интегральной микросхемы CD4013.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *