Трибоэлектрический эффект от «трения» материалов окружает нас в быту, но до сих пор остаётся научной загадкой. Хотя она изучается тысячи лет, всё ещё нет фундаментального понимания, как происходит перенос заряда. Не до конца понятны отдельные аспекты феномена:
Непонятно, как происходит перенос заряда при контакте с диэлектриком. Некоторые исследователи утверждают, что в данном случае происходит перенос ионов или мелких частиц материала.
Отсутствует физическая модель трибоэлектричества. Многочисленные эксперименты показали, что на трибоэлектрификацию оказывают влияние условия окружающей среды, такие как температура, относительная влажность, давление и внешние электрические поля. Но общей модели нет.
-
Отсутствует воспроизводимость трибоэлектрического ряда:
Простой трибоэлектрический ряд Два эксперимента с использованием одних и тех же материалов могут привести к различным результатам. Более того, трибоэлектрические ряды не полностью объясняют электрификацию между химически идентичными поверхностями. Заряд наблюдался, когда два кусочка одного и того же материала неоднократно соприкасались друг с другом: поверхность одного приобрела положительный заряд, а другого — отрицательный.
Трибоэлектричество на Марсе
В 2025 году учёные впервые обнаружили разряды статического электричества на Марсе, проанализировав аудиоданные с микрофона SuperCam ровера «Персеверанс». За два марсианских года микрофон записал 55 характерных трибоэлектрических разрядов около пылевых вихрей и бурь, а также из-за разряда между корпусом марсохода и поверхностью Марса — искровой разряд на 40 см, когда ровер накопил большой статический заряд, переданный ему пылинками.
Трибоэлектрический эффект хорошо известен на Земле — он порождает электрические поля с напряжённостью несколько сотен вольт на метр, вызывает молнии и извержения вулканов. На Марсе атмосфера более разреженная, сухая, ветреная, с повышенной пылевой активностью и более низким приповерхностным давлением, так что статические разряды возникают легче, чем на Земле.
Зафиксированные разряды — это искры, возникающие между заряжёнными частицами пыли в атмосфере. Когда две поверхности соприкасаются или скользят друг мимо друга — одна поверхность заряжается положительно, а другая — отрицательно, трение отбирает электроны у одних частиц и передаёт другим:
В конечном итоге электрический потенциал становится достаточно сильным, чтобы преодолеть сопротивление атмосферы — и заряд перескакивает между частицами в крошечных электрических дугах длиной несколько сантиметров, сопровождаясь звуковой ударной волной.
Статическое электричество в атмосфере Земли влияет на климат и порождает разные химические процессы. Есть теория, что и зарождение жизни на Земле произошло при помощи электрических разрядов из атмосферы (первичный бульон, гипотеза Опарина — Холдейна). Как видим, на Марсе трибоэлектричество проявляет себя ещё активнее, чем на Земле.
Удивительно, что после тысяч лет научных исследований электростатическое взаимодействие остаётся старейшей нерешённой проблемой в физике.
Трибоэлектрические генераторы
Несмотря на ограниченное понимание трибоэлектричества, исследователи переходят к его использованию. Даже без полного понимания механизма электростатику можно настроить для полезных приложений.
В некоторых материалах учёные могут «отключить» электростатическое притяжение, изменив химию частиц или их морфологию для создания антистатических покрытий.
В других случаях трибоэлектрическая зарядка используется для создания структур из гетерогенных строительных блоков. Например, два миллиметровых шарика с различным составом полимеров встряхивают над проводящей подложкой — и один полимер заряжается отрицательно, а другой положительно. Через некоторое время притяжение приводит к образованию шахматной решётки.
Точная самосборка частиц размером от нанометров до микрометров имеет значение для разработки реагирующих материалов, биоаналитических устройств, эффективных солнечных панелей и трибоэлектрических наногенераторов. На Хабре уже упоминали про самодельные трибоэлектрические генераторы, которые может смастерить любой желающий. Такой генератор преобразует окружающую кинетическую энергию в электричество. Это можно использовать для автономного питания датчиков в устройствах IoT.
Электричество из воздуха. Влажностно-индуцированная генерация
В 2020 году микробиологи и физики из университета Массачусетса в Амхерсте разработали специализированный материал из белковых нанопроводов, который извлекает электричество из воздуха. Материал был очень экзотическим, выращенным из бактерии Geobacter sulfurreducens:
Но вскоре учёные поняли, что для сбора электричества из влажного воздуха подходит практически любой материал с нанопорами. Описание «эффекта Air-Gen» опубликовано в научной работе 2023 года.
«Воздух содержит огромное количество электричества, — говорит Джун Яо, доцент кафедры электротехники и компьютерной инженерии в Инженерном колледже университета и ведущий автор статьи. — Представьте облако, массу водяных капель. В них есть заряд, и в подходящих условиях облако может разрядиться в молнию, но мы не знаем, как надёжно захватить электричество из молнии. Но мы по сути создаём рукотворное облако небольшого масштаба, которое производит для нас электричество предсказуемо и непрерывно, так что его можно собирать».
Для производства «наногенератора» подходит любой материал, образующий сеть нанопор диаметром менее 100 нм. Это связано с параметром, известным как «средний свободный пробег» — расстояние, которое проходит молекула H2O в воздухе, прежде чем столкнуться с другой такой же молекулой.
Нанопоры менее 100 нм пропускают молекулы от верхней к нижней части материала, при этом они часто сталкиваются с верхними краями пор. Это создаёт разность потенциалов практически в любой атмосфере, где присутствуют молекулы воды.
Идея проста, но её никогда раньше не использовали, и это открывает различные возможности. Генератор можно изготовить буквально из любого материала, предлагая широкий выбор для экономически эффективных и адаптируемых к окружающей среде конструкций:
в зависимости от диаметра пор. Внизу: градиент адсорбции 
и создаваемое электрическое поле
, а также соотношение /Поскольку влажность присутствует даже в самой засушливой пустыне, сборщик энергии будет генерировать ток круглосуточно: в дождь и солнечную погоду, ночью, независимо от ветра.
Air-Gen решает ключевую проблему возобновляемой энергетики, которая работает только при определённых условиях. Здесь же никаких ограничений нет, кроме дефицита H2O в атмосфере. Но такой дефицит на Земле сложно представить, ведь с глобальным потеплением температура океанов увеличивается, как и интенсивность испарения H2O. Пока на планете есть океаны, молекулы воды обязательно будут присутствовать в атмосфере.
Хотя один лист Air-Gen выдаёт низкую плотность мощности, эти слои можно накладывать друг на друга без увеличения площади.
Добавим, что некоторые материалы генерируют электрический разряд при деформации — флексоэлектричество и сегнетоэлектричество (ферроэлектрики). Как недавно выяснилось, таким свойством обладает лёд. Он тоже генерирует ток при изгибе, что может объяснить некоторые физические явления на Земле. Но эта тема выходит за рамки данной статьи.
Разнообразие исследований в области трибоэлектрической зарядки даёт результат. Хотя мы не до конца понимаем этот феномен и не имеем физической модели, но создаём реальные устройства, которые действительно генерируют энергию «из воздуха». Однако на величину и полярность генерируемого заряда по-прежнему сильно влияют непредсказуемые факторы окружающей среды, химия поверхности и локальные электрические поля.
Непредсказуемость и отсутствие физической модели — вот проблемы, которые ещё предстоит решить современной науке. Разработка надёжных трибоэлектрических технологий требует полного понимания процесса.
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»
Комментарии (12)
Wizard_of_light
14.09.2026 11:28Заряд однородных поверхностей скорее всего может проходить по механизму, сходному с капельницей Кельвина - случайно возникший заряд поляризует проходящие рядом области диэлектрика, которые потом растаскиваются движением слоёв материала.
chebo
14.09.2026 11:28Так, а почему ИИ до сих пор не подключился к решению этой загадки? Занимается, понимаешь, какой-то ерундой, уравнениями Навье-Стокса какими-то…
jar_ohty
14.09.2026 11:28Трибоэлектрический эффект хорошо известен на Земле — он порождает электрические поля с напряжённостью несколько сотен вольт на метр, вызывает молнии и извержения вулканов. На Марсе атмосфера более разреженная, сухая, ветреная, с повышенной пылевой активностью и более низким приповерхностным давлением, так что статические разряды возникают легче, чем на Земле.
Автор (или его белковый агент): пожалуйста, внимательно прочитайте этот абзац. А потом еще раз, только на этот раз внимательно. И еще раз. Пока не заметите, что у вас вулканы извергаются от статического электричества. У меня ффсе.
lamerok
14.09.2026 11:28А циферки можно привести? А то можно ЭДС в термопре нкнрить поо разнице температур, воткнув в землю например. Но сколько их надо то, чтобы хотя бы лампочку Ильича зажечь?
jar_ohty
14.09.2026 11:28Там на графиках есть. Напряжение сотни милливольт, токи в наноамперах. В общем, слухи о решении мирового энергетического кризиса преувеличены).
FiLinX
14.09.2026 11:28Трибоэлектрический эффект
Когда атомы разных тел сближаются, в области электронных облаков их поверхностных частиц создается частичное взаимопроникновение.
Чем меньше межатомное расстояние, тем сильнее будет наложение, то есть обильнее взаимопроникновение между их электронными облаками. Трение позволяет сокращать это самое расстояние.
Когда в различных зонах взаимопроникновение достигает возможного максимума - энергетический барьер между атомами наконец снижается, что открывает возможность электронам «путешествовать».
Когда тела разъединяются после контакта, перемещенные электроны никуда не «спрыгивают».
Не спрыгивают, ибо для этого «прыжка» вновь необходимо передать системе энергию. Электрический заряд в результате — положительный и отрицательный — сохраняется на поверхности обоих тел.В трибоэлектрических взаимодействиях двух диэлектриков, один из них выступает электроакцептором, а второй электродонором.
Как пример, это соответственно - фторопласт и эпоксидка.Если при трении двух химически одинаковых тел - отрицательные заряды получает менее плотное из них, то при трении двух разных диэлектриков - отрицательно заряжается тело с меньшей диэлектрической проницаемостью.
Перемещение электронов между разнородными диэлектриками происходит практически всегда.Трибоэлектрический ряд — список материалов, ранжирующий тенденцию веществ приобретать в результате трибоэлектрического взаимодействия положительный или отрицательный заряд.
Чем дальше располагаются материалы в ряду, тем больший перераспределится заряд. - https://obrazavr.ru/fizika/8-klass/elektricheskie-yavleniya/elementy-elektrostatiki/triboelektrichestvo/ Электризация тел, взаимодействие зарядов - https://electricalschool.info/spravochnik/poleznoe/1776-chto-takoe-jelektrizacija-tel.html Электризация трением - https://www.youtube.com/watch?v=YRjKooWz644А слышали ли вы про наработки Рыбникова, по теме уменьшения трения и износа в скользяще-шлицевых соединениях валов?
Рыбников в основном по трибоэлектричеству разработки вёл, и через это дошёл и до снижения трения при создании диэлектрических оксидных плёнок на трущихся деталях…
Так вот, к этой же теме недавно увидел ролик на ютубе, с названием - This Video is About Electroadhesion - Это видео посвящено электроадгезии - https://www.youtube.com/watch?v=62BjIysFDhQ
Там изучают противоположное действие - электроадгезию - позволяет приклеивать практически любой гидрогель к любому металлу, используя только электрический ток.
И вот там как раз прекрасно наблюдается дуальность действа - при смене полярности происходит разрушение до этого созданной прочной связи на электроадгезии - то есть - то самое уменьшение трения по Рыбникову.Да, конечно Рыбников на старости лет отошёл от наук в какие то филологические маразмы.. Ну что тут сказать, с кем не бывает ))
А вот в трибоэлектрике он разбирался - осаждение аэрозольной краски много где помогал наладить!Кстати, в вакууме - бронзовая шестерня съедает стальную!
Проблемы создания машин лунных баз - https://youtu.be/c6AU36cIX6c?t=2m54shttps://ru.wikipedia.org/wiki/Диэлектрическая_проницаемость
Память на статическое электричество - https://youtu.be/xhd88vcztzw
Статический зяряд при трении одинаковых материалов - https://youtu.be/-Buz6Sp2YTg
Что если сыпать пшено в полый шар электрометра? - https://youtu.be/y30Day-_n4w Разъяснение понятия «заряды, проводники и изоляторы» — https://youtu.be/zDZKcw9qs3IFiLinX
14.09.2026 11:28а ещё, у меня всё никак не дойдут руки сделать трибогенератор прямо в велосипедной шине)
ну а чё, приклеить там внутри зарядосъёмную полоску фольги, и насыпать электродонорной крошки, с фольги вывод на конденсирующую ёмкость..
главное придумать куда и как эту ёмкость сливать ))FiLinX
14.09.2026 11:28и чуть не забыл вот про это:
электростатическая энергия из ветра (а ля продувка капельниц Кельвина) - https://youtu.be/tqksCHWROBU
преобразователь электростатики из ветра - https://en.wikipedia.org/wiki/Vaneless_ion_wind_generator
Jaz-444
14.09.2026 11:28Аннотация к концепции «Динамической Конгруэнтности и Экстрополярности в Трибоэлектричестве»
1. Проблема: Классическая модель трибоэлектричества, основанная на статическом «ряде материалов» и разности работ выхода, не способна предсказать нестабильность эффектов, зависимость от истории контактов и влияние скорости скольжения. Она рассматривает заряд как свойство вещества, а не процесса.
2. Ключевая гипотеза: Трибоэлектрический заряд является результатом формирования «слепка» — устойчивой конфигурации пространственных узоров (дефектов, ловушек, рельефа) на границе раздела двух сред. Условием выживания этого слепка является конгруэнтность — совпадение узоров по форме и энергетическому профилю.
3. Математический аппарат:
Заряд
описывается как неподвижная точка нелинейного оператора эволюции: ![\sigma = F[\sigma]](https://habrastorage.org/getpro/habr/formulas/f/f1/f10/f100ccbb74de4d5901d82cb9b416338b.svg)
.Устойчивость слепка определяется спектральным показателем сходимости
линеаризованного оператора 
.Введен параметр числа Деборы для трибоэлектричества (
), связывающий кинетику переноса заряда с механикой контакта.
4. Основные выводы:
Отсутствие априорного ряда: Ранг материала заменяется рангом конфигурации. Заряд возникает только при достижении динамической конгруэнтности.
Роль скорости: Существует резонансное время контакта
, при котором КПД преобразования механической энергии в электрическую максимален. Отклонение от этого режима ведет либо к неполному заряду, либо к доминированию сил электроадгезии.Экстрополярность: Полярность и величина заряда определяются не химией, а фазой модуляции границы внешним шумом (параметрическая накачка).
Влияние среды: Влажность и смазки (метод Рыбникова) действуют не просто как изоляторы, а как операторы диффузии, изменяющие
и сдвигающие резонансную частоту системы.
5. Инженерное применение: Предложена архитектура Макро-FQHE Трибо-Эмиттера — устройства, использующего топологию границы и стохастический резонанс для генерации дискретных пакетов энергии. Устройство работает как автономный АЦП, синхронизирующий сбор энергии с тактированием системы.
6. Статус верификации: Концепция переведена из области метафор в плоскость проверяемых физических гипотез. Разработан протокол эксперимента по измерению характерного времени моды
через вариацию времени контакта и скорости скольжения. Предсказано явление «влажностного сдвига резонанса».Заключение: Трибоэлектричество переосмыслено как резонансное явление на границе раздела фаз, управляемое динамикой конгруэнтности. Это открывает путь к созданию адаптивных энергосборщиков, эффективных в условиях хаотичных механических воздействий.
teecat
14.09.2026 11:28Читал и вспоминал школу. Забайкалье, 80е годы, Было как-то поветрие - набивали шапкой об стену заряд и бегали об кого щелкнуть. Особый прикол был в том, что если предполагаемая жертва первой касалась хулигана, то щелкало его. Вот уж не знаю почему
Jaz-444
Трибоэлектричество — это не свойство материалов. Трибоэлектричество — это мера скорости сходимости двух поверхностей к общему электростатическому аттрактору. «Конгруэнтность» — это имя этого аттрактора. А «число конгруэнтности» — это обратное время его достижения. Теперь любой инженер может взять два куска чего угодно, прогнать их через цикл контактов, снять кривую
и сказать: «Эта пара имеет конгруэнтность 0.05. Заряд будет накапливаться медленно, но жить долго. Эта пара имеет конгруэнтность 0.8. Заряд вспыхнет и исчезнет». Больше никаких «почему тефлон минусует». Только: «как быстро эта конкретная конфигурация забывает свое прошлое и находит свое настоящее».
halted
…вызывает молнии и извержения вулканов…
ООО «МТ ФИНАНС»
а что вы хотели от ситуации, когда статью по физике пишет юрлицо с упоминанием финансов в своем названии?