For de fleste er statisk elektrisitet en mildt smertefull plage. Ingeniører de siste årene har imidlertid jobbet for å utnytte dette tilsynelatende tilfeldige fenomenet for å generere små mengder strøm billig og enkelt.
Mest statisk elektrisitet er et produkt av "triboelektrisk effekt", som skjer når to materialer kommer i kontakt og det omsettes elektroner mellom dem. Når materialene blir trukket fra hverandre, har det en tendens til å være en ubalanse av elektroner som er igjen, mens noen av atomene i materialene får ekstra elektroner enn andre.
Denne ubalansen skaper en elektrisk ladning på materialene, og materialenes atomer ønsker å gå tilbake til nøytral ladning betyr at elektrisitet er født. Sjokket du får når du berører en dørknapp etter å ha gått over et plysjeteppe, er kroppens atomer som slipper ut ekstra elektronene de samlet fra teppet, slik at de kan gå tilbake til nøytral lading.
Triboelektrisitet er uforutsigbar, men ingeniører har de siste årene skapt innovative måter å fange opp potensialet sitt, alt fra elektroder i bildekk til treplater som skaper statiske effekter når de tråkkes på. En av pionerene på dette feltet har vært Georgia Institute of Technology ingeniør Zhong Lin Wang, som har laget triboelektriske generatorer fra et bredt utvalg av materialer, inkludert ultratynne polymerer som kan tjene som berøringsskjerm, tekstiler og til og med resirkulert brusflasker.
"Du kan bruke nesten hvilket som helst materiale til dette formålet, " sier Wang. For den siste triboelektriske skapelsen, rakte Wang frem et materiale noen få ville assosiere med elektrisitet - papir. Som barn sier Wang at han lekte med intrikate kreasjoner laget av å kutte og brette papir. Denne østasiatiske kunsten, som strekker seg tusenvis av år tilbake, kalles "kirigami", oversatt til "kuttet papir" (den er nært beslektet med den mer berømte "origami", som betyr brett papir).
"Det er sannsynligvis det billigste materialet [mulig], " sier Wang om hvorfor han valgte papir, "og det er et biologisk nedbrytbart og trygt materiale vi bruker hver dag."
Wang og teamet hans kuttet sandpapir i rektangler med lasere og dekket dem i tynne lag med gull og andre ledende materialer. Så samlet de rektanglene i tredimensjonale rombformer. Disse rhombiene, som kan passe i håndflaten og brettes opp for å bli lagret i en lommebok eller lomme, genererer strøm når en person trykker på dem med fingrene. Dette bringer de ledende lagene i kontakt med hverandre, og bygger opp ubalansen i elektroner som forårsaker en statisk ladning. Klemme gjentatte ganger på papirenheten i noen minutter kan skape omtrent 1 volt energi, noe som er nok til å lade en klokke eller en trådløs fjernkontroll eller til og med et lite medisinsk utstyr i noen minutter i en nødsituasjon, sier Wang.
Wangs bruk av en kuttet gitterstruktur inne i romb var en "smart tilnærming for å øke overflaten for triboelektrisk generasjon, " sier University of Michigan ingeniør Max Shtein, som har brukt kirigami for å lage tredimensjonale solcellepaneler som kan fange mer lys som solen beveger seg på himmelen. Columbia University elektriske ingeniør John Kymissis, som i likhet med Shtein ikke var involvert i denne forskningen, hadde også ros for Wangs "smarte design for en integrert energiproduksjon og lagringsstruktur."
Wang, som har en patent på denne enheten, håper å se den utviklet i løpet av noen år til potensielt å bli solgt som en billig engangslader eller, enda viktigere, som et verktøy for å lære barn om hvordan elektrisitet fungerer.
"De kan generere kraft og tenne lys, " sier Wang om potensialet. "Alt dette godt kan de gjøre med en enkel struktur."
Papirladeren er beskrevet i en fersk utgave av tidsskriftet ACS Nano.
