Ładowanie dielektryków w wyniku kontaktu i separacji od wieków stanowi zagadkę dla naukowców i inżynierów. Jednakże zgromadzono na to dowody elektryzowanie styków może również dawać niejednorodne rozkłady ładunków w postaci (+/-) mozaik ładunków na każdej z powierzchni – jednak pomimo wielu prób nie zaproponowano żadnego modelu predykcyjnego wyjaśniającego powstawanie mozaik w różnych skalach długości; główny tok myślenia był taki, że muszą one odzwierciedlać pewną niejednorodność przestrzenną występującą w stykających się materiałach.
Teraz naukowcy z UNIST od ponad dekady określają możliwe źródła mozaik ładunkowych. Odkryli, że mozaiki ładunków są bezpośrednią konsekwencją wyładowań elektrostatycznych (ESD). W wyniku eksperymentów odkryli, że pomiędzy rozwarstwiającymi się materiałami powstają sekwencje „iskier”. Materiały te odpowiadają za symetryczne kształtowanie (+/-) rozkładów ładunków na obu materiałach.
Profesor Bartosz A. Grzybowski (Wydział Chemii) z Centrum Materii Miękkiej i Żywej powiedział: „W naszej pracy naukowej z 2011 roku [Science 333, 2011, 308–312] wykazaliśmy niejednorodność ładunku w skali submikrometrowej o nieznanym pochodzeniu. Naszą hipotezą było wówczas przypisanie tych (+/-) mozaik przenoszeniu mikroskopijnych plam materiału pomiędzy oddzielonymi powierzchniami.”
„Jednak przez wiele lat pracy nad tym problemem ten i powiązane modele nie wytrzymał, ponieważ stopniowo stawało się dla nas (i wielu innych kolegów, z którymi rozmawialiśmy), niejasne, w jaki sposób te mikroskopijne plamy mogą wyjaśniać obszary nawet w skali milimetrowej o przeciwnej polaryzacji, współistniejące na tej samej powierzchni. Niemniej jednak społeczność i my nie mieliśmy lepszej odpowiedzi, dlaczego (+/-) mozaiki są w ogóle widoczne i w tak wielu skalach długości”.
Główny autor artykułu, dr Jarosław Sobolew, powiedziany, „Można by pomyśleć, że wyładowanie może jedynie sprowadzić ładunki do zera, ale może lokalnie je odwrócić. Wiąże się to z tym, że o wiele łatwiej jest zapalić „iskrę” niż ją zgasić. Nawet gdy ładunki zostaną zredukowane do zera, iskra będzie nadal napędzana przez pole sąsiednich obszarów nietkniętych przez tę iskrę.
Proponowana teoria wyjaśnia, dlaczego zaobserwowano mozaiki ładunków na różnych materiałach, takich jak arkusze papieru, balony pocierające, kulki stalowe poruszające się po powierzchniach teflonu lub polimery odłączone od tego samego lub innych polimerów. Zwiększa to również prawdopodobieństwo, że przyczyną jest trzaskający dźwięk słyszalny podczas odrywania taśmy klejącej osocze wyładowania zachowujące się jak struny gitarowe i szarpiące taśmę.
Zaprezentowane badanie powinno pomóc w ograniczeniu wyładowań elektrostatycznych, które mogą być niebezpieczne, i pogłębić naszą wiedzę na temat natury elektryzacji kontaktowej.
Referencje czasopisma:
- Sobolev, YI, Adamkiewicz, W., Siek, M. i in., „Mozaiki ładunków na dielektrykach naelektryzowanych kontaktowo wynikają z wyładowań odwracających polaryzację”, Nat. Fizyka. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9
