Opladning af dielektrikum ved kontakt og adskillelse har undret videnskabsmænd og ingeniører i århundreder. Det har imidlertid en mængde beviser frembragt kontakt elektrificering kan også producere heterogene ladningsfordelinger i form af (+/-) ladningsmosaikker på hver af overfladerne - men trods mange forsøg er der ikke foreslået nogen forudsigelsesmodel, der forklarer dannelsen af mosaikker i forskellige længdeskalaer; hovedtankegangen har været, at de skal afspejle en vis rumlig heterogenitet, der er til stede i de kontaktmaterialer.
Nu har forskere ved UNIST har bestemt de mulige kilder til ladningsmosaikker i over et årti. De fandt ud af, at ladningsmosaikker er en direkte konsekvens af elektrostatiske udladninger (ESD). Gennem eksperimenterne fandt de ud af, at sekvenserne af "gnister" skabes mellem delaminerende materialer. Disse materialer er ansvarlige for symmetrisk at danne (+/-) ladningsfordelingerne på begge materialer.
Professor Bartosz A. Grzybowski (Kemisk Institut) fra Center for Soft and Living Matter sagde: "I vores 2011 Science papir [Science 333, 2011, 308-312], viste vi sub-mikrometer-skala ladning uensartethed af ukendt oprindelse. På det tidspunkt var vores hypotese at tilskrive disse (+/-) mosaikker overførsel af mikroskopiske materialepletter mellem de adskilte overflader."
"Men gennem mange års arbejde på problemet holdt denne og relaterede modeller ikke stand, da det efterhånden var ved at blive uklart for os (og mange andre kolleger, som vi diskuterede med), hvordan disse mikroskopiske pletter kan forklare selv millimeterskalaområder af modsat polaritet sameksisterende på den samme overflade. Ikke desto mindre havde samfundet og vi ikke noget bedre svar på, hvorfor (+/-) mosaikker overhovedet ses og over så mange længdeskalaer."
Dr. Yaroslav Sobolev, hovedforfatteren af papiret, sagde, "Man tror måske, at en udledning kun kan bringe afgifter til nul, men den kan lokalt invertere dem. Det hænger sammen med, at det er meget nemmere at antænde ’gnisten’ end at slukke den. Selv når ladningerne reduceres til nul, fortsætter gnisten drevet af feltet af tilstødende områder, der er uberørt af denne gnist."
Den foreslåede teori præciserer, hvorfor ladningsmosaikker blev observeret på forskellige materialer, såsom papirark, gnidningsballoner, stålkugler, der bevæger sig på teflonoverflader, eller polymerer frigjort fra den samme eller andre polymerer. Det øger også muligheden for, at den knaldende lyd, du hører, når du trækker et klæbebånd af, skyldes plasma udledninger, der fungerer som guitarstrenge og plukker båndet.
Undersøgelsen, der er blevet præsenteret, skulle hjælpe med at reducere elektrostatiske udladninger, der kunne være farlige, og fremme vores forståelse af naturen af kontaktelektrificering.
Journal Reference:
- Sobolev, Y.I., Adamkiewicz, W., Siek, M. et al., "Opladningsmosaikker på kontaktelektrificerede dielektrika skyldes polaritetsinverterende udladninger," Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9
