Зарядка диэлектриков при контакте и разделении на протяжении веков озадачивала ученых и инженеров. Однако накапливается масса доказательств того, что контактная электрификация также может производить неоднородное распределение заряда в виде (+/-) мозаики заряда на каждой из поверхностей - однако, несмотря на многочисленные попытки, не было предложено никакой прогностической модели, объясняющей формирование мозаики на разных масштабах длины; основной ход мыслей заключался в том, что они должны отражать некоторую пространственную неоднородность, присутствующую в контактирующих материалах.
Теперь ученые из UNIST определили возможные источники зарядовой мозаики более десяти лет. Они обнаружили, что зарядовые мозаики являются прямым следствием электростатических разрядов (ЭСР). В ходе экспериментов они обнаружили, что между расслаивающимися материалами возникают последовательности «искр». Эти материалы отвечают за симметричное распределение (+/-) заряда на обоих материалах.
Профессор Бартош А. Гжибовски (кафедра химии) из Центра мягкой и живой материи сказал: «В нашей научной статье 2011 года [Science 333, 2011, 308–312] мы показали субмикрометровую неравномерность заряда неизвестного происхождения. В то время наша гипотеза заключалась в том, чтобы приписать эти (+/-) мозаики переносу микроскопических пятен материала между разделенными поверхностями».
«Однако за долгие годы работы над проблемой эта и родственные модели не выдержали, так как нам (и многим другим коллегам, с которыми мы обсуждали) постепенно становилось неясно, как эти микроскопические пятна могут объяснить даже области миллиметрового масштаба. противоположной полярности, сосуществующие на одной и той же поверхности. Тем не менее, у сообщества и у нас не было лучшего ответа, почему мозаики (+/-) видны вообще и в таком большом количестве масштабов длины».
Доктор Ярослав Соболев, ведущий автор статьи, — сказал, «Вы можете подумать, что разряд может только свести заряды к нулю, но он может локально их инвертировать. Это связано с тем, что «искру» гораздо легче зажечь, чем погасить. Даже когда заряды упадут до нуля, искра продолжает питаться полем соседних областей, не затронутых этой искрой».
Предлагаемая теория проясняет, почему зарядовые мозаики наблюдались на различных материалах, таких как листы бумаги, трущиеся шарики, стальные шарики, движущиеся по тефлоновым поверхностям, или полимеры, отделенные от тех же или других полимеров. Это также повышает вероятность того, что хлопающий звук, который вы слышите, когда отрываете липкую ленту, является результатом плазма разряды действуют как гитарные струны и дергают ленту.
Представленное исследование должно помочь уменьшить электростатические разряды, которые могут быть опасными, и улучшить наше понимание природы контактной электризации.
Справочник журнала:
- Соболев Ю.И., Адамкевич В., Сик М. и др., «Зарядовые мозаики на контактно-электризованных диэлектриках в результате разрядов с инвертированием полярности». Туземный Phys. (2022). ДОИ: 10.1038/s41567-022-01714-9
