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                详解第一代纳米发电智能轮胎

                国内机构联合轮胎企业,制作出具有智能传感功能的第一代摩擦纳米发电绿色智能轮胎。

                近日,国内研究机构联合轮⌒ 胎企业,制作出具有智能传感功能的第一代摩擦纳米发电绿色智能轮胎。

                轮胎世界网获悉,这款轮胎由北京化工大学张立群教授团队,中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中▽林教授团队,携手山东玲珑轮胎股份有限公司联合研发。

                据介绍,该产品基于摩擦纳米发电机,结合白炭黑绿色轮胎的特性来发电,可以回收轮胎和地面摩擦产生的能量。

                以下为第一代摩擦纳米发电绿色智能轮胎的介绍。

                什么是摩擦纳米发电机?

                摩擦纳米发电机最早在2012年由王中林教授提出,主要原理包括静电感应效应和摩擦起电效应。

                图1:摩擦纳米发电机的工作原理

                当橡胶材料(图好中灰色部分)和铜(图中红色)接触时,由于两者对电子的吸引▂能力不同,在界面上会发生电荷的分离。铜表面的一部分电子,流入到橡胶材料表面,使得橡胶材料带负电,铜带正电。然后,铜板和橡胶开始分离,由于橡胶材料是绝缘的,因此表面的电荷会被固定下来。由于铜板和橡胶背后的铜板是连通的,二者电@ 势必须相等。因此,有一部分的正电荷,会从橡胶右边的铜板中流向橡胶左边的铜板,如图中红色剪头所示。

                当右侧铜板运动到最大位移处停止,然后再次接近铜板,此时由于橡胶表面负电荷的吸引,正电荷重新流回到右侧铜板,直至接触后铜版中的正电荷和橡胶表面的负电荷相等。

                在这个过程中,电流流向发生了改变,因此摩擦纳米发电机得到的电流是交流电,而不是直流电。

                其中,机械作用力由于分离电荷,使得电荷的电势发生了变化,完成了机械能向电能的转化,这就是接触分离式摩擦发电机(图2-a)的基本原理。

                除了这种最基本的工六二六确实能够施展一丝法则之力作模式外,摩擦纳米发电机还有另外三种工作模式,分别是滑动模式(图2-b),单电极模式(图2-c),自由摩擦层模式(图2-d),如图2所示。

                图2:摩擦纳米发电机的四种基本模式

                摩擦纳米发电机是一种新型的能源技术,相比较于传统的电磁发电机,摩擦纳米发电机具有使用范围广,工作地位高低效率高,体积轻便,容易制造等众多优点。因此,摩擦纳米发电机在能量回收和新能源利☉用方面,有较多的应用。

                同时,由于摩擦纳米发电机对环境的较为敏感,环境的变化很容易引起输出电流的变化,因为摩擦发电机还总是被用于智能自驱动传感器。

                所谓的自驱动传感器,是相对于普通的传感器而言我只要仙界的。普通的传感器均包含电源装置,通过电源供应能量使其工作。自驱动传感器指的是能够从工作环境中攫取能量,通过这部分能量来工作的传感器。这种传感器具有免维护,长期使用成本低等优势。

                在未来的物联网和人工智能时代,需要海量传感器的背景下,这种不需要更换电源或者充电维护的传感器,无疑是最佳的选择。

                为什么选择白炭黑轮胎?

                在轮胎制造行业,有一个困扰很久的问题,就是轮胎的魔三角。由于橡胶材料的固有属性,使得轮胎在耐磨性、抗湿滑和滚动阻力三者之间很难兼顾。

                白炭黑轰材料作为新一代的橡胶纳米补强填料,相比炭黑材料在提高抗湿滑和降低滚阻方面都有一定的优势。这使得白炭黑轮胎在具有优秀节油性能的同时,还可以兼顾其他性能。

                但是,白炭黑轮胎由于具有较』强的静电,在实际使用〗中一直需要加入部分炭黑,以通过轮胎电阻测试。

                这一独特的缺点,在和摩擦发电机结合以后却变成了优点,可以用来回收部分被摩擦损耗掉的机械能。

                发电轮胎的工作原︾理是什么?

                由于轮胎在工作过程中的运动状态,以及上文提到的四种基本模式都不相同,因此,发电轮胎中的摩擦纳米发电机,需要结合轮胎的实际工作状况单独设计。

                工作但你也必须帮我得到修罗传承人员将导电层置于胎面层中间,使用轮胎胎面作为摩擦纳米发电机的摩擦层,将导电层命运内置其中。

                这样,在轮胎成型的步骤中,可以使用和普通轮胎相同的工艺流程。发电轮胎的结构如图3所示。

                图3:摩擦纳米发电轮胎的结构及测试实物图

                在发电轮胎中,内置于轮胎胎面下的导电层,在轮胎滚动的过程中,由于和地面的距离不断地发生改变,进而发生电势的变化,当导电层接地或者和电势较低的地方相连后,就会形成交流的电信号。

                这是一种结合了单电极模式和接触分离模式的工作模式。这就是摩擦纳米发电轮胎的工作原理。

                为什么可以叫做智能轮胎?

                由于摩擦纳米发电机对外界环境具有很高的敏感度,外界环境的变化,会引起摩擦纳这应该是达到至尊层次强者才拥有米发电机输出电流的变化,因为摩∴擦纳米发电机可以作为传感器使用。

                第一代发电智能轮胎就可以作为胎压传感器使用。由于其不需要外界供电,可以自发从环境中攫取能量的特点,可以做到无源免维护的自驱动传感(self-powered sensors)。

                同时,由于导电层均匀的分布在轮卐胎中,电流信号的间隔时间就是轮胎转动三分之一圈的时间,因此,车辆的速度信号,也可以从发电轮胎的信号中得到。

                这种摩擦纳米发电轮胎所具有的的自驱动传感性能,同以往的普通轮胎或者加入有源传感器的普通轮胎有着很大不同。

                在这种自驱动传感器中,轮胎工作时会产生传感信号,信号同时反映了噗轮胎的状态,相当于轮胎自己“告诉”了他的状态,而不是使用者去主动读取。

                未来,无人驾驶的进一步普及和成熟,主要是建立在众多的传感器和程序算法的基础上,而轮胎作为秒秒彩app重要组成部分和唯一直接接触地面的部件,毫无疑问,轮胎中的智能传感装置也是极其重要的。

                无论从节能减排还是从工程维护成本的考量来说,这都具有重大意义和巨大的潜在应用价值。

                发电轮胎能发多少电?

                9平方厘米该种轮胎胎面材料,在实验室就可以得到21μA的电流输出和150V的电压。

                在实际使用中,由于轮胎的高速滚动,具体的数值较难测量。

                考虑到这是第一代产品,性能上还有很多的优化空间,在材料和结构上还有较多可以改进的地方。

                如果按照目前的较高数值500Wm2估算,每辆车每年程度可以节约800kJ能量。如果全世界所有车辆换装这种发电轮胎,相当于可以节约2.5*10^8 kg汽油。

                图4:发电轮胎制备过程

                图5:发电轮胎实物图

                图6:发电轮胎测试中

                图7:发电轮胎发电效果特写

                (本文由轮胎世界网整理ㄨ,转载请注明来源:轮胎世界网)

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