Per la maggior parte delle persone, l'elettricità statica è un fastidio leggermente doloroso. Tuttavia, negli ultimi anni gli ingegneri hanno lavorato per sfruttare questo fenomeno apparentemente casuale per generare piccole quantità di elettricità a basso costo e facilmente.
La maggior parte dell'elettricità statica è un prodotto dell '"effetto triboelettrico", che si verifica quando due materiali entrano in contatto e gli elettroni vengono scambiati tra loro. Quando i materiali vengono separati, tende ad esserci uno squilibrio di elettroni rimasti, con alcuni degli atomi dei materiali che guadagnano elettroni extra rispetto ad altri.
Questo squilibrio crea una carica elettrica sui materiali e il desiderio degli atomi dei materiali di tornare a una carica neutra significa che l'elettricità è nata. La scossa che si ottiene quando si tocca una maniglia della porta dopo aver attraversato un tappeto di peluche sono gli atomi del corpo che scaricano gli elettroni extra raccolti dal tappeto in modo che possano tornare a una carica neutra.
La triboelettricità è imprevedibile, ma gli ingegneri negli ultimi anni hanno creato modi innovativi per catturare il suo potenziale, che vanno dagli elettrodi nei pneumatici delle auto alle schede di legno che creano elettricità statica quando vengono calpestati. Uno dei pionieri in questo campo è stato l'ingegnere del Georgia Institute of Technology Zhong Lin Wang, che ha creato generatori triboelettrici da una vasta gamma di materiali, tra cui polimeri ultrasottili che potrebbero fungere da touchscreen, tessuti e persino bottiglie di soda riciclate.
"Puoi utilizzare quasi tutto il materiale per questo scopo", afferma Wang. Per la sua ultima creazione triboelettrica, Wang cercò un materiale che pochi associassero all'elettricità: la carta. Da bambino, Wang dice di aver giocato con intricate creazioni fatte di carta da taglio e piegatura. Questa arte dell'Asia orientale, che risale a migliaia di anni fa, è chiamata "kirigami", che si traduce in "carta tagliata" (è strettamente correlata al più famoso "origami", che significa piegare la carta).
"È probabilmente il materiale più economico [possibile]", dice Wang sul perché ha scelto la carta, "ed è un materiale biodegradabile e sicuro che usiamo ogni giorno".
Wang e il suo team hanno tagliato la carta vetrata in rettangoli con dei laser e li hanno ricoperti di sottili strati d'oro e altri materiali conduttivi. Quindi hanno assemblato i rettangoli in forme rombo tridimensionali. Questi rombi, che possono stare nel palmo di una mano e piegarsi per essere riposti in un portafoglio o in una tasca, generano elettricità quando una persona preme su di loro con le dita. Questo porta gli strati conduttivi in contatto tra loro, costruendo lo squilibrio degli elettroni che provoca una carica statica. Premere ripetutamente sul dispositivo di carta per alcuni minuti può creare circa 1 volt di energia, che è sufficiente per caricare un orologio o un telecomando wireless o anche un piccolo dispositivo medico per alcuni minuti in caso di emergenza, afferma Wang.
L'uso di Wang di una struttura reticolare tagliata all'interno del rombo era un "approccio intelligente per aumentare la superficie per la generazione triboelettrica", afferma l'ingegnere dell'Università del Michigan Max Shtein, che ha utilizzato il kirigami per creare pannelli solari tridimensionali in grado di catturare più luce come il sole si muove nel cielo. L'ingegnere elettrico della Columbia University John Kymissis, che, come Shtein, non è stato coinvolto in questa ricerca, ha anche elogiato il "design intelligente di Wang per una generazione integrata di energia e struttura di stoccaggio".
Wang, che ha in attesa di brevetto su questo dispositivo, spera di vederlo sviluppato in pochi anni per essere potenzialmente venduto come caricatore usa e getta economico o, cosa ancora più importante, come strumento per insegnare ai bambini come funziona l'elettricità.
"Possono generare energia e accendere le luci", afferma Wang del potenziale. "Tutte queste belle cose che possono fare con una struttura semplice."
Il caricabatterie è descritto in un recente numero della rivista ACS Nano.
