Η φόρτιση διηλεκτρικών κατά την επαφή και τον διαχωρισμό έχει προβληματίσει επιστήμονες και μηχανικούς εδώ και αιώνες. Ωστόσο, ένα σύνολο αποδεικτικών στοιχείων έχει αυξηθεί ηλεκτροδότηση επαφής μπορεί επίσης να παράγει ετερογενείς κατανομές φορτίου με τη μορφή (+/-) μωσαϊκού φορτίου σε κάθε μία από τις επιφάνειες - ωστόσο, παρά τις πολλές προσπάθειες, δεν έχει προταθεί κανένα μοντέλο πρόβλεψης που να εξηγεί το σχηματισμό μωσαϊκών σε διαφορετικές κλίμακες μήκους. Η κύρια γραμμή σκέψης ήταν ότι πρέπει να αντικατοπτρίζουν κάποια χωρική ετερογένεια που υπάρχει στα υλικά επαφής.
Τώρα, οι επιστήμονες στο UNIST έχουν καθορίσει τις πιθανές πηγές μωσαϊκού φορτίου για πάνω από μια δεκαετία. Βρήκαν ότι τα μωσαϊκά φορτίου είναι άμεση συνέπεια των ηλεκτροστατικών εκκενώσεων (ESD). Μέσα από τα πειράματα, διαπίστωσαν ότι οι αλληλουχίες των «σπινθήρων» δημιουργούνται μεταξύ υλικών αποκόλλησης. Αυτά τα υλικά είναι υπεύθυνα για τον συμμετρικό σχηματισμό της κατανομής φορτίου (+/-) και στα δύο υλικά.
Ο καθηγητής Bartosz A. Grzybowski (Τμήμα Χημείας) από το Κέντρο για τη μαλακή και ζωντανή ύλη είπε, «Στην επιστημονική μας εργασία του 2011 [Science 333, 2011, 308–312], δείξαμε ανομοιομορφία φορτίου σε κλίμακα υπομικρομέτρου άγνωστης προέλευσης. Εκείνη την εποχή, η υπόθεσή μας ήταν να αποδώσουμε αυτά τα (+/-) μωσαϊκά στη μεταφορά μικροσκοπικών μπαλωμάτων υλικού μεταξύ των διαχωρισμένων επιφανειών».
«Ωστόσο, για πολλά χρόνια εργασίας για το πρόβλημα, αυτό και τα σχετικά μοντέλα δεν άντεξαν, καθώς σταδιακά γινόταν ασαφές για εμάς (και πολλούς άλλους συναδέλφους με τους οποίους συζητούσαμε) πώς αυτά τα μικροσκοπικά μπαλώματα μπορούν να εξηγήσουν ακόμη και περιοχές κλίμακας χιλιοστών αντίθετης πολικότητας που συνυπάρχουν στην ίδια επιφάνεια. Ωστόσο, η κοινότητα και εμείς δεν είχαμε καλύτερη απάντηση γιατί τα μωσαϊκά (+/-) φαίνονται καθόλου και σε τόσες πολλές κλίμακες μήκους."
Ο Δρ Yaroslav Sobolev, ο κύριος συγγραφέας της εργασίας, είπε, «Μπορεί να πιστεύετε ότι μια εκφόρτιση μπορεί μόνο να μηδενίσει τις χρεώσεις, αλλά μπορεί να τις αντιστρέψει τοπικά. Συνδέεται με το γεγονός ότι είναι πολύ πιο εύκολο να ανάψεις τη «σπίθα» παρά να τη σβήσεις. Ακόμη και όταν τα φορτία μειώνονται στο μηδέν, ο σπινθήρας συνεχίζει να τροφοδοτείται από το πεδίο των γειτονικών περιοχών που δεν έχουν αγγίξει αυτή τη σπίθα».
Η προτεινόμενη θεωρία διευκρινίζει γιατί παρατηρήθηκαν μωσαϊκά φορτίων σε διάφορα υλικά, όπως φύλλα χαρτιού, μπαλόνια τριβής, χαλύβδινες μπάλες που κινούνται σε επιφάνειες τεφλόν ή πολυμερή που απεμπλέκονται από το ίδιο ή άλλα πολυμερή. Αυξάνει επίσης την πιθανότητα να προκύπτει ο ήχος που ακούγεται όταν βγάζετε μια κολλητική ταινία πλάσματος εκκενώσεις που λειτουργούν σαν χορδές κιθάρας και μαδάνε την ταινία.
Η μελέτη που παρουσιάστηκε θα βοηθήσει στη μείωση των ηλεκτροστατικών εκκενώσεων που θα μπορούσαν να είναι επικίνδυνες και θα ενισχύσει την κατανόησή μας για τη φύση της ηλεκτροδότησης επαφής.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Sobolev, YI, Adamkiewicz, W., Siek, M. et al., «Τα μωσαϊκά φόρτισης σε ηλεκτρισμένα με επαφή διηλεκτρικά προκύπτουν από εκκενώσεις που αναστρέφουν την πολικότητα», Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9
