접촉 및 분리 시 유전체 충전은 수세기 동안 과학자와 엔지니어를 당황하게 했습니다. 그러나 이에 대한 증거가 점점 늘어나고 있다. 접촉 전기 또한 각 표면에 (+/-) 전하 모자이크 형태로 이질적인 전하 분포를 생성할 수 있습니다. 그러나 많은 시도에도 불구하고 다양한 길이 스케일에서 모자이크 형성을 설명하는 예측 모델은 제안되지 않았습니다. 주된 생각은 접촉하는 재료에 존재하는 공간적 이질성을 반영해야 한다는 것이었습니다.
이제 과학자들은 UNIST 10년 넘게 전하 모자이크의 가능한 소스를 결정해 왔습니다. 그들은 전하 모자이크가 정전기 방전(ESD)의 직접적인 결과라는 것을 발견했습니다. 실험을 통해 그들은 박리 물질 사이에 일련의 "불꽃"이 생성된다는 것을 발견했습니다. 이들 물질은 두 물질 모두에서 (+/-) 전하 분포를 대칭적으로 형성하는 역할을 합니다.
연성 및 생명체 센터의 Bartosz A. Grzybowski 교수(화학과)는 다음과 같이 말했습니다. “2011년 사이언스 논문[Science 333, 2011, 308–312]에서 우리는 원인을 알 수 없는 마이크로미터 미만 규모의 전하 불균일성을 보여주었습니다. 당시 우리의 가설은 이러한 (+/-) 모자이크가 분리된 표면 사이의 미세한 물질 패치의 이동으로 인한 것이라고 생각했습니다."
"그러나 문제에 대한 수년간의 연구를 통해 이 미세한 패치가 밀리미터 규모의 영역까지 설명할 수 있는지가 우리(그리고 우리와 논의한 다른 많은 동료들)에게 점차 불분명해졌기 때문에 이 모델과 관련 모델은 버티지 못했습니다. 같은 표면에 반대 극성이 공존합니다. 그럼에도 불구하고 커뮤니티와 우리는 왜 (+/-) 모자이크가 그렇게 많은 길이 척도로 보이는지 더 나은 답을 얻지 못했습니다.”
논문의 주요 저자인 야로슬라프 소볼레프(Yaroslav Sobolev) 박사는 말했다, “방전은 전하를 0으로 만들 수 있다고 생각할 수도 있지만 국부적으로 전하를 반전시킬 수 있습니다. 이는 '불꽃'을 끄는 것보다 점화하는 것이 훨씬 쉽다는 사실과 관련이 있습니다. 전하가 0으로 감소하더라도 스파크는 이 스파크의 영향을 받지 않는 인접한 영역의 장에 의해 계속해서 구동됩니다."
제안된 이론은 종이 시트, 마찰 풍선, 테플론 표면에서 움직이는 강철 공 또는 동일하거나 다른 폴리머에서 분리된 폴리머와 같은 다양한 재료에서 전하 모자이크가 관찰되는 이유를 명확히 합니다. 또한 접착 테이프를 떼어낼 때 들리는 펑펑 소리가 다음과 같은 이유로 발생했을 가능성도 높아집니다. 혈장 기타 줄처럼 작용하고 테이프를 뽑는 방전.
제시된 연구는 위험할 수 있는 정전기 방전을 줄이는 데 도움이 되고 접촉 전기화의 특성에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것입니다.
저널 참조 :
- Sobolev, YI, Adamkiewicz, W., Siek, M. et al., "접점 전기 유전체의 전하 모자이크는 극성 반전 방전으로 인해 발생합니다." Nat. 물리. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9
