80 år gammelt mysterium innen statisk elektrisitet endelig løst

Historisk sett var kontaktelektrifisering (CE) menneskehetens første og eneste kilde til elektrisitet frem til rundt 1700-tallet, men dens sanne natur er fortsatt unnvikende. I dag regnes det som en kjernekomponent i teknologier som laserskrivere, LCD-produksjonsprosesser, elektrostatisk maling og separering av plast for resirkulering, samt en stor industriell fare (skade på elektroniske systemer, eksplosjoner i kullgruver, branner i kjemiske anlegg, etc.) på grunn av elektrostatiske utladninger (ESD) som følger med CE. I et vakuum er ESD-er av en enkel teip så kraftig at de genererer nok røntgenstråler til å ta et røntgenbilde av en finger.

I det lengste ble det antatt at to kontakt-/glidematerialer lader motsatt og jevnt. På 1940-tallet ble det observert at hver av de adskilte overflatene bærer både (+) og (-) kostnader, etter CE. Opprettelsen av såkalte ladningsmosaikker ble tilskrevet irreproduserbarheten til eksperimenter, iboende inhomogeniteter av kontaktmaterialer, eller en generell “stokastisk natur” av CE.

Et forskerteam, ledet av professor Bartosz A. Grzybowski (Kjemiavdeling) fra Center for Soft and Living Matter, ved Institute for Basic Science (IBS) ved UNIST har undersøkt mulige kilder til ladningsmosaikk i over et tiår. Publisert på nettet og skal inkluderes i oktober 2022-utgaven av Naturfysikkforventes denne studien å bidra til å kontrollere potensielt skadelige elektrostatiske utladninger.

“I vår 2011 Vitenskap papir, viste vi sub-mikrometer-skala ladningsuensartethet av ukjent opprinnelse. På den tiden var hypotesen vår å tilskrive disse (+/-) mosaikkene til overføring av mikroskopiske flekker av materialer mellom overflatene som ble separert. Men i løpet av mange års arbeid med problemet, holdt denne og relaterte modeller rett og slett ikke mål, siden det gradvis ble uklart for oss (og mange andre kolleger som vi diskuterte med) hvordan disse mikroskopiske lappene kan forklare selv millimeterskalaregioner med motsatt polaritet sameksisterende på samme overflate. Ikke desto mindre hadde vi og samfunnet ikke noe bedre svar på hvorfor (+/-) mosaikkene i det hele tatt sees og over så mange lengdeskalaer,” sier professor Grzybowski.

I avisen publisert nylig i Naturfysikk, viser gruppen til professor Grzybowski at ladningsmosaikk er en direkte konsekvens av ESD. Eksperimentene viser at mellom delaminerende materialer dannes sekvensene av “gnister”, og de er ansvarlige for å danne (+/-) ladningsfordelingene som er symmetriske på begge materialene.

“Du tror kanskje at a utflod kan bare bringe ladninger til null, men det kan faktisk invertere dem lokalt. Det henger sammen med det faktum at det er mye lettere å tenne “gnisten” enn å slukke den,” sier Dr. Yaroslav Sobolev, hovedforfatter av avisen. “Selv når ladningene er redusert til null, fortsetter gnisten å gå. drevet av feltet til tilstøtende regioner uberørt av denne gnisten.”

Den foreslåtte teorien forklarer hvorfor ladningsmosaikk ble sett på mange forskjellige materialer, inkludert papirark, gnidningsballonger, stålkuler som ruller på teflonoverflater, eller polymerer løsrevet fra samme eller andre polymerer. Den antyder også opprinnelsen til knitrende støy når du skreller av en klebrig tape – det kan være en manifestasjon av plasmautslippene som plukker tapen som en gitarstreng. Presentert forskning bør bidra til å kontrollere potensielt skadelige elektrostatiske utladninger og bringe oss nærmere sann forståelse av naturen til kontaktelektrifisering, bemerket forskerteamet.

---

---