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을 최소화하는 마찰,마모,그리고 에너지 손실을 제거하여 연락처 충전

by admin

결과 및 토론

그 1A 보여하는 공헌에서 tribocharging 는 매우 실질적이,특히 기계에 대한 절연체 부품;단순 회전자와 고분자 블레이드에서 실행되는 다른 중합체 수있는 표면 가열 또는 운영 중단 때문에 증가하고 마찰을 증가를 통해 충전 및 정전기 사이의 접착 두 가지 표면이 있습니다. 대조적으로,때 요금에 의해 제거되를 사용하여 코로나 방전총서,지역 난방 에너지 소산이 감소하며,에너지 소비가 낮에 의해 캘리포니아입니다. 66%(그림. 1B).

Fig. 1 열화상 카메라의 이미지를 운영동 절연을 보여주는 부분의 감소에서는 열 분산에 따라 지속적인 제거 tribocharges,어떤 의미 낮은 마찰,마모,그리고 에너지 소비를 줄여줍니다.

Polysulfone(PSU)폴리머 블레이드는 DC 전기 모터의 샤프트에 장착되고 다른 폴리머 표면(여기에 표시된 셀룰로오스)에 대해 스위핑됩니다. (A)Tribocharging 원인 높은 정전기 점착력,선도하는 높은 마찰,마모,그리고 에너지 소비,에서 몇 군데는 온도 증가에서 모터의 샤프트와 폴리머 블레이드에 작업(블랙 원). (B)동일한 회전자 시스템의하지 않는,가열하여 더 낮은 요금의 착용,그리고 낮은 전력 소모할 때 요금은 지속적으로 제거되는 것(영화 S1,추가 텍스트,그리고 그림. 에너지 소비의 계산에 대한 자세한 내용은 4H).

정량화하는 접촉 위탁,수반하는 마찰,전원 절감 예상되는 추가 요금으로 제거,우리가 사용하는”교과서”설치에 솔리드 실린더 모양의 물체 위치에서 최고의 경사면을 허용하는 자유롭게 슬라이드 아래쪽으로,후에는 시간이 신체로 다시 이동 시작 위치하고 더 많은 슬라이딩이클 반복됩니다. 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(PET)필름베이스가있는 원통형 목재 조각은 셀룰로오스 위에 미끄러 져 있습니다(그림 1 과 같이). 2A; 도 2 에서 정량화 tribocharges 를 획득하는 과정에서,또한 영화 S2 참조). 다른 수의 슬라이딩 사이클에 대해서는 2B(충전 측정에 대한 자세한 내용은 보충 자료 참조). 모두의 크기는 요금 및 슬라이딩 시간이 증가에서 실행 실행하는,19 일 내리막 슬라이드와 슬라이딩 시간이 배로 첫 번째에 비해 실행됩니다. 에 관련 논증,설명하는 증가에 마찰 계수,경사 각도에는 슬라이딩이 시작 또한 증가와 함께 연속 실행하고 있습니다(Fig. 2 기음). 그러나 때 tribocharges 에서 슬라이딩 표면에 의해 삭제 Zerostat 코로나 방전을 건 모두 슬라이딩이 시간과”θ 오프셋으로 복귀”원래 값으로는 동안 첫 번째 슬라이딩(Fig. 2,B 및 C).

Fig. 2 마찰 및 tribocharges 는 경 사진 평면에서 미끄러지는 폴리머의 반복 된”실행”에 따라 증가합니다.

(A)셀룰로오스(경사면)에 퍽(폴리머 시트베이스가있는)의 슬라이딩은 표면의 트리 보차 링을 유발하고 마찰의 증가를 초래합니다. (B)퍽의 슬라이딩 시간과베이스에서 획득 한 전하는 모두 반복되는 슬라이딩 런으로 증가합니다. 을 때 슬라이딩 표면은 출력에 의해 Zerostat 코로나 방전을 건,미끄러지는 시간을 재설정 값으로 다시에 첫 번째 슬라이딩(녹색 화살표)(C)θ,는 슬라이딩이 시작될 수 있습에 경사면에 반복한 주기 증가와 함께 tribocharging 에 반복한 주기의 다시,재설정이 가능하여 코로나 방전.

이러한 예는,우리는 다음을 사용한 마찰시험기(Hanatek 고급 마찰 검사자)을 기록 CoF(S)CoF(D)쌍의 다양한 일반적으로 사용되는 고분자(보충 자료에 대한 추가 실험 세부 사항)에 대한 반복되는 가로 슬라이딩 주기입니다. 슬라이딩 조각에 대한 요금도 각 실행 후에 기록되었습니다. 우리가 예상했듯이,tribocharge 밀도와 cof(D)는 모두 연속 실행 중에 증가했습니다(그림 1). 도 3a)에서 정량화 된 이들 양 사이의 상호 관계와 함께. S1 및 S2. 우리는 정도는 자료 전송의 사이에 두 개의 슬라이딩 표면반 tribocharging(25)에 영향을 미칠 수 있습을 측정 CoF(D)(fig. S3). 다음으로,우리는 다양한 테스트 방법을 낭비하 tribocharges 개발,즉,세척하여 용매를 가진,코로나 방전,또는 자기의 뒷면 중 하나 또는 모두가 재료의 층으로 전도성 물자를 통해 접지 와이어(Fig. 3). 이러한 모든 접근법과 모든 배출 된 폴리머 쌍에 대해,마찰은 반복적 인 슬라이딩 런 시 유의하게 증가하지 않았다. 셀룰로오스상의 대표적인 PTFE 슬라이딩에 대한 데이터는도 1 에 도시되어있다. 3(C 에 E). 금속 백킹으로 접지시(그림 1). 3D,빨간색 점),35 번째 슬라이딩 사이클 동안 CoF(D)는 첫 번째 실행시보다 9%만 높았습니다(그림 1). 도 3e,적색 점),중합체가 접지되지 않을 때 50%이상 증가한 것에 비해(도 3e,적색 점). 3E,검은 점). 우리는 여기서는 실제 사용,접지될 수 있는 가장 경제적이고 기술적으로 간단한 방법; 그러나 우리는 코로나 방전 방식은 가장 좋은 방법을 유지한 마찰 계수는 최소한,그리고 에탄올을 헹구 방법이 최선의 방법의 마모를 막기 위해,아마도 때문에 이 방법을 제거하는 파편 형성되는 도중 미끄러지(그림. S4). 주목할 만하게,중합체의 결정성에 실질적인 변화는 없지만(도 1). S5)tribocharge 제거 유무에 관계없이,우리는 tribochemical 변화의 정도 감소를 감지했습니다(예: 산화 및 불)을 지속적인 제거 tribocharges 에 따라 슬라이딩,비교하는 경우가 요금이 허가되었에 축적된 고분자의 표면(그림. S6).

Fig. 3 슬라이딩 폴리머 표면에서 트리 보카 지 제거의 다양한 방법으로 이들 사이의 마찰을 제어 할 수 있습니다.

슬라이딩 PTFE 조각에 수평으로 셀룰로오스(A)사이의 마찰 PTFE 및 셀룰로오스 증가와 슬라이딩 거리와 연속적인 실행을 측정 Hanatek 고급 마찰을 시험합니다. (B)전하 소산의 다양한 방법에 의한 트리 보차지 제거. (C)재설정의 CoF(D)초기 값과 코로나 방전을 치료(로 표시된 데이터는 녹색 원)에탄올을 헹구(로 표시된 데이터에 빨간색 원)의 PTFE 셀룰로오스에서 35 실행(슬라이딩 거리에 실행 당=15 센티미터)가 있습니다. (D)붙 접지된 금속(평 황동,0.25mm 두께)의 PTFE 조각을 방지하 모두의 축적 죄송하게도,이용 후기 내용을 로드 중합체 표면과(E)의 증가 CoF(D)(red dots=금속 접지 PTFE 에서 셀룰로오스;검은 점=PTFE 에서 셀룰로오스). PTFE,5cm×5cm×0.25mm; 셀룰로오스,10cm x20cm×0.165mm;FN=0.15N 에 의해 조정되며 추가적인 체중에서 벌거벗은 PTFE 또는 금속 백업에 PTFE(보충 자료와 무화과. S1,S2,S7 을 S10 한 실험 정보의 효과 등의 순금,연락처 지역,로드 재료 이송 사이의 표면과 분위기에서 동시 tribocharging 및 마찰).

지금까지,우리는 보였다는 일부의 직접적인 마찰 제어 방법을 통해 tribocharge 분산이 있습니다. Tribocharging(따라서 마찰)은 대기 및 습도(29-31)와 같은 외부 요인을 조작하여 제어 할 수도 있습니다. 우리는 무화과에서 트리 보찰과 마찰에 대한 이러한 외부 요인의 영향을 간략하게 보여줍니다. S7 및 S8. 우리는 또한 별도의 실험 세트에서 CoF(D)에 대한 순 전하 극성(32)의 영향을 보여줍니다(그림 3). S9 및 S10).

우리가 전에 언급했듯이이 작업의 가장 중요한 추론은 절연 부품이있는 다양한 유형의 기계 시스템에 있습니다. 제공하는 간단하의 데모 마찰을 감소시키고 이러한 시스템에서,우리는 모니터의 회전 가진 볼베어링 플라스틱 링과 유리 공지 않고 지속적인 출력,그림에서와 같이. 4A. 없이 출력하고,200rpm,저항의 링에 대해 회전,측정에 첨부된 부하 셀,증가와 함께 회전 시간(Fig. 4b;자세한 내용은 도 1 을 참조한다. S11). 우리가 보는 것도 하나의”shot”의 코로나 방전을 건 즉시 감소 마찰력에서 0.0125 을 0.0060N 에 따라 지속적인 작업의 베어링(Fig. 4B).

Fig. 4 마찰,마모 및 전력 손실은 모두 절연체 접촉이있는 일부 일반적인 기계 시스템에서 최소화 할 수 있습니다.

마찰:(A)에 볼 베어링으로 내부와 외부 polyoxymethylene 는 폴리머 반지(직경,52 25mm)과 나인 유리제 공 회전 at200rpm(보충 자료의 내용에 대해 실험),(B)저항은 증가와 함께 회전 그러나,하나의 촬영의 코로나 방전을 건 줄일 수 있고 이력서 0.0125 을 0.0075N. 착용:중 연속 실행되는 PVC 조각(2.5cm,2.5cm××0.25mm)로(셀룰로오스:20㎝×25cm,θ=20°),(C)의 지속적인 코로나 방전의 슬라이딩기(red dots),(D)중 하나를 유지할 수 있습 CoF(D)의 슬라이딩 PVC 조각(2.5cm,2.5cm××0.25mm)에서 최소한의 값 35 실행됩니다. (C 와 D)비교를 위해 검은 점들은 대조군 실험(방전되지 않은 시스템)을 보여줍니다. (E)(C)의”배출 된”조각은 35 회 실행 후 약간의 마모(POM 이미지에서 10 개의 매크로 마모 라인)만있는 반면(F)”배출되지 않은”조각은 ca 를 가졌습니다. 동일한 번호 실행 후 100 개의 마모 라인(FN=0.15N). 스케일 바,200μm. 전력 손실: (G)12-V DC 전기 모터(Mabuchi rs555,2v 에서 작동)에 부착 된 회전 PSU 블레이드는 셀룰로오스 시트(왼쪽)에 대해 스위핑시 triboelectrified;ca 후. 20s,블레이드를 중지로 인해 매우 증가한 정전기 접착 및 마찰이 블레이드 시트(오른쪽)(영화 S1). (H)(G)에 사용되는 직류 전기 모터의 입력 전력의 변화. 모터는 tribocharges(ca. 20 초;이 시점에서 폴리머 블레이드의 정전기 전위=+2500V,셀룰로오스=-2500V); 그러나 코로나 방전에 의해 다시 시작될 수 있으므로 입력 전원이 최소화됩니다. (I):왼쪽 적외선 이미지의 모터(G)에 따라 운영으로 지속적인 출력 0~300s. 후 300s,모터가 출력되지 않는 더 이상 온도에서 샤프트와 블레이드는 빨리 상승과 같이(J). 복구된 전력 손실 계산에 대한 자세한 내용은 보충 텍스트를 참조하십시오.

마찰을 시작에 착용 고분자 연락처을 줄일 수 있습의 제거 연락 요금: 는 경우 취득 담당 밀도가 두꺼운(0.5cm)조각의 폴리염화비닐(PVC;2.5cm×2.5cm)는 반복적으로 미끄러에서 셀룰로오스(20cm×25cm,θ=20°)가 유지 아래 -0.2nC/cm2 에 의해 지속적인 코로나 방전의 슬라이딩,비행기 35 후 실행하 착용에 PVC 표면은 감소에 비해 경우에는 동일한 작품이 허용되는 활주를 위한 35 가지고 방전(ca. 같은 지역에 100 개의 마모 라인)(그림 1). 4,C 에 F).

마지막하는 방법을 보여주의 제거 tribocharges 수 있습니다 결국 마찰을 최소화 관련 에너지 소비 장치에서,우리는 건설하는 간단하면서도 설명 시스템:우리는 첨부된 0.2-mm-두꺼운 PSU 블레이드의 샤프트에 DC 전동기(보충 자료에 대한 추가 실험적인 자세). 때 PSU 블레이드는 허용하는 접촉진 평평한 셀룰로오스 표면에 이러한 접촉과 회전 슬라이 빠르게 생성하 tribocharges 모두에서 중합체의 표면(그림. 4G 및 영화 S1). 는 동안 정상 작업(는 요금을 축적에 PSU 블레이드와 셀룰로오스 표면의),현재에 의해 그려진 직류 전기 모터가 증가(이 예시에서 보여지는 바와 같이 영화 S1,에서 83 220mA),모터의 소비에 대해 440mW,고,증가하기 때문에 tribocharges 및 표면 사이의 마찰,회전지(그림. 4 시간). 이 시점에서,만약 접촉 표면 코로나 방전,다음 작업 이력서와 낮은 에너지 소비(83mA,166mW 나 값 측정을 위한”tribocharged”모터 시스템)가 있습니다. 최소화 된 마찰 및 에너지 소비는 연속 방전 하에서 작동하는 모터의 열 화상으로 시각화 할 수도 있습니다(그림 1). 4,I 및 J).