Die Aufladung von Dielektrika bei Kontakt und Trennung gibt Wissenschaftlern und Ingenieuren seit Jahrhunderten Rätsel auf. Dafür gibt es jedoch immer mehr Beweise Elektrifizierung kontaktieren kann auch heterogene Ladungsverteilungen in Form von (+/-) Ladungsmosaiken auf jeder der Oberflächen erzeugen – doch trotz vieler Versuche wurde kein Vorhersagemodell vorgeschlagen, das die Bildung von Mosaiken auf unterschiedlichen Längenskalen erklärt; Der Hauptgedanke war, dass sie eine gewisse räumliche Heterogenität widerspiegeln müssen, die in den Kontaktmaterialien vorhanden ist.
Nun, Wissenschaftler bei UNIST haben über ein Jahrzehnt lang die möglichen Quellen von Ladungsmosaiken ermittelt. Sie fanden heraus, dass Ladungsmosaike eine direkte Folge elektrostatischer Entladungen (ESD) sind. Durch die Experimente fanden sie heraus, dass die Sequenzen von „Funken“ zwischen delaminierenden Materialien entstehen. Diese Materialien sind für die symmetrische Bildung der (+/-) Ladungsverteilungen auf beiden Materialien verantwortlich.
Professor Bartosz A. Grzybowski (Fakultät für Chemie) vom Zentrum für weiche und lebende Materie sagte: „In unserem Science-Artikel von 2011 [Science 333, 2011, 308–312] haben wir Ladungsungleichmäßigkeiten im Submikrometerbereich unbekannter Ursache gezeigt. Damals bestand unsere Hypothese darin, diese (+/-) Mosaike auf die Übertragung mikroskopisch kleiner Materialflecken zwischen den getrennten Oberflächen zurückzuführen.“
„Allerdings haben sich dieses und verwandte Modelle über viele Jahre der Arbeit an diesem Problem nicht gehalten, da uns (und vielen anderen Kollegen, mit denen wir diskutiert haben) nach und nach unklar wurde, wie diese mikroskopischen Flecken selbst Regionen im Millimeterbereich erklären können.“ entgegengesetzter Polarität, die auf derselben Oberfläche koexistieren. Dennoch hatten die Community und wir keine bessere Antwort, warum die (+/-)-Mosaiken überhaupt und auf so vielen Längenskalen zu sehen sind.“
Dr. Yaroslav Sobolev, der Hauptautor des Artikels, sagte, „Man könnte meinen, dass eine Entladung Ladungen nur auf Null bringen kann, diese aber lokal umkehren kann. Das hängt damit zusammen, dass es viel einfacher ist, den „Funken“ zu entfachen, als ihn zu löschen. Selbst wenn die Ladungen auf Null reduziert werden, brennt der Funke weiter, angetrieben durch das Feld benachbarter Regionen, die von diesem Funken unberührt bleiben.“
Die vorgeschlagene Theorie verdeutlicht, warum Ladungsmosaike auf verschiedenen Materialien beobachtet wurden, beispielsweise auf Papierbögen, Reibeballons, sich auf Teflonoberflächen bewegenden Stahlkugeln oder Polymeren, die sich von denselben oder anderen Polymeren lösten. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Knallgeräusch, das Sie hören, wenn Sie ein Klebeband abziehen, darauf zurückzuführen ist Plasma Entladungen, die wie Gitarrensaiten wirken und das Band zupfen.
Die vorgelegte Studie soll dazu beitragen, gefährliche elektrostatische Entladungen zu reduzieren und unser Verständnis der Natur der Kontaktelektrisierung zu verbessern.
Journal Referenz:
- Sobolev, YI, Adamkiewicz, W., Siek, M. et al., „Ladungsmosaike auf kontaktelektrifizierten Dielektrika resultieren aus polaritätsumkehrenden Entladungen.“ Nat. Physik. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9
