Skip to content
Home » 80 jaar oud mysterie in statische elektriciteit eindelijk opgelost

80 jaar oud mysterie in statische elektriciteit eindelijk opgelost

    80 jaar oud mysterie in statische elektriciteit eindelijk opgelost
    80 jaar oud mysterie in statische elektriciteit eindelijk opgelost

    Laad mozaïeken op met contactgeladen diëlektrica. (a) In een conventionele weergave werden twee elektrisch neutrale materialen (gra) met elkaar in contact gebracht en vervolgens gelijkmatig van elkaar gescheiden (linksonder), één positief (rood) en één negatief (blauw). In een alternatief scenario (rechtsonder), ontwikkelt elk oppervlak een zeer niet-uniform ‘ladingsmozaïek’ met aangrenzende domeinen met tegengestelde ladingspolariteiten. (b) Collage van ladingsmozaïeken gerapporteerd in de literatuur (de jaren en schaalbalken zijn aangegeven). Krediet: UNIST

    Historisch gezien was contactelektrificatie (CE) de eerste en enige bron van elektriciteit voor de mensheid tot rond de 18e eeuw, maar de ware aard ervan is nog steeds ongrijpbaar. Tegenwoordig wordt het beschouwd als een kerncomponent van technologieën zoals laserprinters, LCD-productieprocessen, elektrostatisch schilderen en het scheiden van kunststoffen voor recycling, evenals een groot industrieel gevaar (schade aan elektronische systemen, explosies in kolenmijnen, branden in chemische fabrieken, etc.) als gevolg van elektrostatische ontladingen (ESD) bij CE. In een vacuüm zijn ESD’s van een eenvoudig plakband zo krachtig dat ze genoeg röntgenstralen genereren om een ​​röntgenfoto van een vinger te maken.


    Gedurende de langste tijd werd aangenomen dat twee contact-/glijdende materialen tegengesteld en uniform opladen. In de jaren 1940 werd echter waargenomen dat elk van de gescheiden oppervlakken zowel (+) als (-) ladingen draagt, na CE. De creatie van zogenaamde ladingsmozaïeken werd toegeschreven aan de onreproduceerbaarheid van experimenten, inherente inhomogeniteiten van contactmaterialen of een algemene “stochastische aard” van CE.

    Een onderzoeksteam onder leiding van professor Bartosz A. Grzybowski (afdeling Scheikunde) van het Centrum voor Zachte en Levende Materie, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS) van UNIST, heeft de mogelijke bronnen van ladingsmozaïeken al meer dan tien jaar onderzocht. Online gepubliceerd en opgenomen in het oktobernummer van 2022 NatuurNatuurkundezal deze studie naar verwachting helpen bij het beheersen van de potentieel schadelijke elektrostatische ontladingen.

    “In onze 2011 Wetenschap papier, we toonden ladingsniet-uniformiteit op submicrometerschaal van onbekende oorsprong. Op dat moment was onze hypothese om deze (+/-) mozaïeken toe te schrijven aan de overdracht van microscopisch kleine stukjes materiaal tussen de te scheiden oppervlakken. Echter, gedurende vele jaren van werk aan het probleem, hielden deze en verwante modellen het gewoon niet vol, omdat het ons (en vele andere collega’s met wie we hebben besproken) geleidelijk aan onduidelijk werd hoe deze microscopische pleisters zelfs millimeter-schaal regio’s kunnen verklaren. van tegengestelde polariteit die naast elkaar bestaan ​​op hetzelfde oppervlak. Desalniettemin hadden wij en de gemeenschap geen beter antwoord waarom de (+/-) mozaïeken überhaupt en over zoveel lengteschalen worden gezien”, zegt professor Grzybowski.

    In het onlangs gepubliceerde artikel in NatuurNatuurkunde, laat de groep van professor Grzybowski zien dat ladingsmozaïeken een direct gevolg zijn van ESD. De experimenten tonen aan dat tussen delaminerende materialen de reeksen “vonken” worden gecreëerd en dat ze verantwoordelijk zijn voor het vormen van de (+/-) ladingsverdelingen die symmetrisch zijn op beide materialen.

    “Je zou kunnen denken dat een ontlading alleen ladingen tot nul kan brengen, maar het kan ze in feite lokaal omkeren. Het hangt samen met het feit dat het veel gemakkelijker is om de ‘vonk’ te ontsteken dan om hem te doven”, zegt Dr. Yaroslav Sobolev, de hoofdauteur van het artikel. “Zelfs wanneer de ladingen tot nul worden teruggebracht, blijft de vonk voortgaan, aangedreven door het veld van aangrenzende regio’s die onaangetast zijn door deze vonk.”

    De voorgestelde theorie verklaart waarom ladingsmozaïeken op veel verschillende materialen werden gezien, waaronder vellen papier, wrijfballonnen, stalen kogels die op teflon-oppervlakken rolden of polymeren die waren losgemaakt van dezelfde of andere polymeren. Het verwijst ook naar de oorsprong van het krakende geluid wanneer je een plakband afpelt – het kan een manifestatie zijn van de plasma-ontladingen die aan de tape tokkelen als een gitaarsnaar. Gepresenteerd onderzoek zou moeten helpen de potentieel schadelijke elektrostatische ontladingen te beheersen en ons dichter bij de waarheid te brengen begrip van de aard van contactelektrificatie, merkte het onderzoeksteam op.


    Onderzoekers observeren het omgekeerde gebied van ladingsoverdracht van Marcus van laagdimensionale halfgeleidermaterialen


    Informatie:
    Bartosz Grzybowski, Ladingsmozaïeken op contact-geëlektrificeerde diëlektrica zijn het resultaat van polariteit-inverterende ontladingen, NatuurNatuurkunde (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9

    HT Baytekina et al, The Mosaic of Surface Charge in Contact Electrification, Wetenschap (2011). DOI: 10.1126/wetenschap.1201512

    Geleverd door Ulsan National Institute of Science and Technology

    citaten: 80 jaar oud mysterie in statische elektriciteit eindelijk opgelost (2022, 6 oktober), opgehaald op 6 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-year-old-mystery-static-electricity.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.