Laddning av dielektrikum vid kontakt och separation har förbryllat forskare och ingenjörer i århundraden. Det har dock bevisats kontakta elektrifiering kan också producera heterogena laddningsfördelningar i form av (+/-) laddningsmosaiker på var och en av ytorna – men trots många försök har ingen prediktiv modell som förklarar bildandet av mosaiker i olika längdskalor föreslagits; huvudtanken har varit att de måste återspegla någon rumslig heterogenitet som finns i kontaktmaterialen.
Nu har forskare vid UNIST har bestämt möjliga källor till laddningsmosaik i över ett decennium. De fann att laddningsmosaiker är en direkt följd av elektrostatiska urladdningar (ESD). Genom experimenten fann de att sekvenserna av "gnistor" skapas mellan delaminerande material. Dessa material är ansvariga för att symmetriskt bilda (+/-) laddningsfördelningarna på båda materialen.
Professor Bartosz A. Grzybowski (Kemiska institutionen) från Center for Soft and Living Matter sa: "I vår 2011 Science paper [Science 333, 2011, 308–312], visade vi submikrometer-skala laddning olikformighet av okänt ursprung. På den tiden var vår hypotes att tillskriva dessa (+/-) mosaiker överföringen av mikroskopiska materialfläckar mellan de separerade ytorna."
"Men under många års arbete med problemet höll inte denna och relaterade modeller upp, eftersom det gradvis blev oklart för oss (och många andra kollegor som vi diskuterade med) hur dessa mikroskopiska fläckar kan förklara även områden i millimeterskala med motsatt polaritet samexisterande på samma yta. Icke desto mindre hade samhället och vi inget bättre svar på varför (+/-) mosaikerna överhuvudtaget syns och över så många längdskalor.”
Dr Yaroslav Sobolev, huvudförfattaren till tidningen, sade, "Du kanske tror att en urladdning bara kan bringa avgifterna till noll, men den kan invertera dem lokalt. Det hänger ihop med att det är mycket lättare att tända 'gnistan' än att släcka den. Även när laddningarna reduceras till noll, fortsätter gnistan att drivas av fältet av intilliggande regioner orörda av denna gnista."
Den föreslagna teorin klargör varför laddningsmosaiker observerades på olika material, såsom pappersark, gnidningsballonger, stålkulor som rör sig på teflon-ytor eller polymerer som frigjorts från samma eller andra polymerer. Det ökar också möjligheten att det knäppande ljudet du hör när du drar av en tejp härrör från plasma urladdningar som fungerar som gitarrsträngar och plockar bandet.
Studien som har presenterats bör hjälpa till att minska elektrostatiska urladdningar som kan vara farliga och främja vår förståelse av kontaktelektrifieringens natur.
Tidskriftsreferens:
- Sobolev, YI, Adamkiewicz, W., Siek, M. et al., "Laddningsmosaiker på kontaktelektrifierade dielektrika är resultatet av polaritetsinverterande urladdningar." Nat. Phys. (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9
