Za većinu ljudi statički elektricitet je blago bolna smetnja. Međutim, inženjeri posljednjih godina rade na tome da iskoriste ovaj naizgled slučajni fenomen kako bi jeftino i lako proizveli male količine električne energije.
Većina statičkog elektriciteta proizvod je "triboelektričnog učinka", što se događa kada dva materijala dođu u kontakt i elektroni trguju između njih. Kada se materijali razdvajaju, postoji tendencija da ostane preostala neravnoteža elektrona, pri čemu neki atomi materijala dobivaju više elektrona nego drugi.
Ta neravnoteža stvara električni naboj na materijalima, a želja atoma materijala da se vrati u neutralni naboj znači da se rodila električna energija. Šok koji dobijete kada dodirnete kvaku nakon hodanja po plišanom tepihu su atomi vašeg tijela koji ispuštaju dodatne elektrone koje su sakupili iz tepiha kako bi se mogli vratiti u neutralni naboj.
Triboelektričnost je nepredvidiva, ali inženjeri u posljednjih nekoliko godina stvaraju inovativne načine kako uhvatiti svoj potencijal, u rasponu od elektroda u automobilskim gumama do drvenih ploča koje stvaraju statičnost kada se zakorači na njih. Jedan od pionira na ovom polju bio je inženjer Tehnologije Instituta Georgia Zhong Lin Wang, koji je stvorio triboelektrične generatore iz širokog spektra materijala, uključujući ultra tanke polimere koji bi mogli poslužiti kao zasloni na dodir, tkanine, pa čak i reciklirane boce sode.
"Možete koristiti gotovo bilo koji materijal u tu svrhu", kaže Wang. Za svoju najnoviju triboelektričnu kreaciju, Wang je posegnuo za materijalom koji bi malo tko uopće povezao s električnom energijom - papir. Kao dijete, Wang kaže da se igrao s zamršenim kreacijama izrađenim od rezanja i previjanja papira. Ova istočnoazijska umjetnost, koja datira tisućama godina, naziva se "kirigami", što u prijevodu znači "rezani papir" (usko je povezano s poznatijim "origami", što znači presavijanje papira).
"To je vjerojatno najjeftiniji materijal [moguć]", kaže Wang zašto je odabrao papir, "a to je biorazgradiv i siguran materijal koji koristimo svakodnevno."
Wang i njegov tim laserom su rezali brusni papir u pravokutnike i prekrili ih tankim slojevima od zlata i drugih provodljivih materijala. Zatim su sastavili pravokutnike u trodimenzionalne oblike romba. Ovi rombovi, koji se mogu smjestiti u nečiji dlan i preklopiti za pohranjivanje u novčanik ili džep, stvaraju električnu energiju kada ih osoba pritisne prstima. To dovodi vodljive slojeve međusobno u kontakt, stvarajući neravnotežu elektrona što uzrokuje statički naboj. Učestalo stiskanje na papirnom uređaju u trajanju od nekoliko minuta može stvoriti oko 1 voltu energije, što je dovoljno da u hitnim slučajevima napunite sat ili bežični daljinski upravljač ili čak mali medicinski uređaj, kaže Wang.
Wang-ova upotreba rezane rešetkaste strukture unutar romba bila je "pametan pristup povećanju površine za triboelektričnu generaciju", kaže inženjer sa Sveučilišta u Michiganu Max Shtein, koji je koristio kirigami za stvaranje trodimenzionalnih solarnih panela koji mogu uhvatiti više svjetla kao sunce se kreće po nebu. John Kymissis sa sveučilišta Columbia, električni inženjer, koji poput Shteina nije bio uključen u ovo istraživanje, također je pohvalio Wang-ov "pametan dizajn za integriranu strukturu proizvodnje i skladištenja energije".
Wang, koji ima patent na ovom uređaju, nada se da će ga razviti za nekoliko godina kako bi se potencijalno mogao prodati kao jeftin punjač za jednokratnu upotrebu ili, što je još važnije, kao alat za podučavanje djece o tome kako radi električna energija.
"Oni mogu generirati snagu i upaliti svjetla", kaže Wang o potencijalu. "Sve ove dobre stvari mogu napraviti jednostavnom strukturom."
Punjač za papir opisan je u nedavnom broju časopisa ACS Nano.
