从摩擦起电到摩擦纳米发电机

　　#人人能科普，处处有新知#从摩擦起电到摩擦纳米发电机
　　两千多年前，古希腊人意外发现用毛皮或毛织物摩擦过的琥珀可以吸引轻小物体，从而发现了摩擦起电现象。宇宙中的物质其实都是由原子组成的，而原子是由更小的原子核和绕核运动的电子组成的，原子核带正电，电子带负电。摩擦起电的实质是两种不同材料的得失电子能力不同，一种容易失去电子，一种容易得到电子，在摩擦过程中物体间发生了电荷转移，电子由一个物体转移到另一个物体，失去电子的物体带正电，得到电子物体则带负电。毛皮摩擦橡胶棒时，毛皮更容易失去电子，从而带正电，橡胶棒得到电子就带负电。静电指的就是静止不动的电荷。
　　带有同种电荷的两个物体之间相互排斥，带有不同电荷的两物体之间相互吸引。在Maxwell科学+ （原名Maxwell创新科普实验园）里有一组神奇的蒲公英，黄色蒲公英带有相同的电荷，红色的蒲公英带有另一种电荷。当两朵黄色蒲公英靠近时，由于同种电荷相互排斥，蒲公英的花丝就会向两侧飘散；当黄色蒲公英靠近红色蒲公英时，由于异种电荷相互吸引，两朵蒲公英花就会缠绕在一起，难舍难分。
　　图1：Maxwell科学+的神奇蒲公英
　　摩擦起电现象广泛存在于我们的身边，比如摸金属物体会被＂电＂到，脱毛衣时会听到＂劈里啪啦＂的声音，还有被吸在手上甩不下来的塑料袋等等。摩擦起电为人们带来了很多烦恼，在充满易燃易爆炸物体的空间里，静电火花甚至会引发严重的爆炸！在漫长的历史长河里，智慧的人们想了很多办法来避免静电的危害，比如在油罐车尾部安装铁链，以及使用各种抗静电布料等。
　　随着科技的进步，摩擦起电在各个领域逐渐转变为引人关注的正面角色。爱因斯坦世界科学奖得主、能源界最高奖-埃尼奖得主、中国科学院外籍院士王中林院士及其团队于2012年发明了摩擦纳米发电机，首次提出利用摩擦起电和静电感应的协同作用，将日常生活中的机械能收集起来转化为电能，静电在这里竟然成了大功臣！你能想象吗？漂亮的气球，好吃的糖和面包等等都可以作为发电材料。波澜壮阔的大海，迎面吹来的微风，甚至你日常生活中的一个小动作都可以成为发电的能源。让我们一起在Maxwell科学+（原名Maxwell创新科普实验园）神奇的科普展品中探究其中的奥秘吧。
　　图2： 糖
　　图3： 糖点灯
　　图4： 发电面包
　　图5： Maxwell科学+
　　发电台灯
　　爱迪生发明的电灯为人们的生活带来了极大的便捷，现在各种灯具已经成为家家户户必不可少的重要照明工具，而这些灯都需要连接插座或者安装电池进行供电。但是在科普园进门处，就放着一盏与众不同的台灯，它不需要接通任何外部电源，只需要轻轻的摩擦就可以把灯点亮。我们可以用这盏灯看书学习，也可以在这盏灯的灯光下一起做游戏。那么这是什么原理呢？这是因为摩擦块和台灯底座组成了一个便捷摩擦纳米发电机，当摩擦块与台灯底座进行摩擦时，会在它们的接触表面产生变化的感应电荷，从而点亮灯泡。这样我们就不用担心停电或者电池没电，可以随时随地使用台灯照明了。
　　图6： 台灯照片
　　发电滑梯
　　几层台阶，一条轨道，是孩子们对于＂速度＂的最初感受，承载了一代又一代人的童年记忆。
　　小朋友们，你们是不是经常玩滑梯呢？尤其是在干燥的秋冬季节，当你在滑梯上尽情玩耍的时候，是否经常看到其他正在玩滑梯的小朋友们的头发竖起来了呢？这种现象就是摩擦起电，产生的是不流动的静电荷。Maxwell科学+ 里的这款发电滑梯利用摩擦起电和静电感应原理的协同作用，将摩擦起电产生的＂静电＂转变为＂流动的电＂。当小朋友从滑梯上滑下时，发电滑梯就可以成功点亮小灯泡啦。小朋友们，学会了吗？把你学到的神奇的小知识讲给小伙伴们听吧。
　　图7： 发电滑梯和工作照片
　　发电叶子
　　我们在日常生活中经常吃到的土豆、苹果和柠檬都能够用来发电，甚至仅用一颗橘子就能让一盏灯亮起来。当你听到头顶上的树叶在沙沙作响的时候，你是否能想到这随处可见的叶子也可以用来发电呢？可不要小瞧了这普普通通的树叶哦，在山区或岛屿等偏远的地区，神奇的＂发电树叶＂就可以发挥它们伟大的作用啦，可以为预警装置和指示灯供电。那么我们一起来探索为什么树叶会发电、又是如何发电的吧？
　　对于大多数植物，在叶片表面存在一层蜡纸物质和微小的突起。发电树叶是以天然叶子为原料，基于摩擦纳米发电机原理进行设计的。通过导线将叶子与小灯泡相连，然后我们让叶子轻轻地晃动，就可以点亮小灯泡啦，还可以为路边的广告牌供电哦。
　　图8： 发电叶子
　　发电花瓣
　　小朋友们，春天来啦！我们都会被春天美丽的景色吸引，当我们走在春游的路上的时候，乡间路边的小花小草更是能吸引我们的目光。摩擦纳米发电机选材广泛，不仅叶子可以用来发电，就连这些美丽的花瓣也可以发电，这是为什么呢？这里面的奥秘就是任何两种不同的物质相互摩擦都会产生电。发电花瓣就是根据摩擦发电的机理，将花瓣和小灯泡通过导线连接起来。用我们的小手轻轻地晃动花瓣，就可以产生电能。发电花瓣将能量收集起来，就可以将小灯泡点亮啦。小朋友们，现在是不是将你心里的疑惑解开了呢？小朋友们也可以将花瓣能够用来发电讲给自己的爸爸妈妈听呀，或者在爸爸妈妈的陪同下，一起来Maxwell科
　　学+（原名Maxwell创新科普实验园）感受摩擦发电神奇的力量吧！
　　图9： 发电花瓣点灯
　　图10： 牌匾
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　　北京怀柔综合性国家科学中心怀柔科学城中科院北京纳米能源与系统研究所
　　北京怀柔综合性国家科学中心怀柔科学城创新小镇
　　吉林省妇女儿童活动中心
　　浙江省嘉兴市纳米发展大厦