Vědci řeší 80 let starou fyzikální záhadu

Studie ukázala, že mozaikový náboj je přímým výsledkem plánování životního prostředí a udržitelného rozvoje.

Kontaktní elektrifikace (CE) byla asi do osmnáctého století prvním a jediným zdrojem elektřiny lidstva, ale její skutečná povaha zůstává záhadou. Dnes je považována za kritickou součást technologií, jako jsou laserové tiskárny, výrobní procesy LCD, elektrostatické povlaky, separace plastů pro recyklaci a další, a také představuje významné průmyslové riziko (poškození elektronických systémů, výbuchy v uhelných dolech, požáry v chemických závodech) v důsledku elektrostatických výbojů (ESD), které doprovázejí CE. V roce 2008 byla zveřejněna studie temperamentní povaha Zjistil jsem, že ve vakuu jsou ESD jednoduché lepicí pásky tak silné, že generují dostatek rentgenového záření k pořízení rentgenového snímku prstu.

Dlouhou dobu se věřilo, že dva kontaktní/kluzné materiály se nabíjejí v opačných a jednotných směrech. Po CE se však zjistilo, že oba samostatné povrchy nesou náboje (+) i (-). Vznik takzvané nábojové mozaiky byl přisuzován zkušenostem z neschopnosti vyrábět, přirozené heterogenitě materiálů v kontaktu nebo obecné „náhodné povaze“ CE.

Profesor Bartoš A.  Grzybowski

Profesor Bartoš A. Grzybowski. Kredit: UNIST

Výzkumný tým vedený profesorem Bartoszem A. Grzybowski (Katedra chemie) Centra pro měkké a živé materiály v rámci Ústavu základních věd (IBS) v Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) Již více než deset let zkoumal možné zdroje dodávek mozaiky. Očekává se, že studie pomůže kontrolovat potenciálně škodlivé elektrostatické výboje a byla nedávno publikována v časopise

Charge Mosaics on Contact Charged Dielectrics

Figure 1. Charge mosaics on contact-charged dielectrics. (a) In a conventional view, two electrically neutral materials (grey) are brought into contact and then separated charge uniformly (lower left), one positive (red) and one negative (blue). In an alternative scenario (lower right), each surface develops a highly non-uniform ‘charge mosaic’ with neighboring domains of opposite charge polarities. (b) Collage of charge mosaics reported in the literature (the years and scale bars are indicated). Credit: UNIST

In the paper published recently in Nature Physics, the group of Professor Grzybowski shows that charge mosaics are a direct consequence of ESD. The experiments demonstrate that between delaminating materials the sequences of “sparks” are created and they are responsible for forming the (+/-) charge distributions that are symmetrical on both materials.

“You might think that a discharge can only bring charges to zero, but it actually can locally invert them. It is connected with the fact that it is much easier to ignite the ‘spark’ than to extinguish it,” says Dr. Yaroslav Sobolev, the lead author of the paper. “Even when the charges are reduced to zero, the spark keeps going powered by the field of adjacent regions untouched by this spark.”

The proposed theory explains why charge mosaics were seen on many different materials, including sheets of paper, rubbing balloons, steel balls rolling on Teflon surfaces, or polymers detached from the same or other polymers. It also hints at the origin of the crackling noise when you peel off a sticky tape – it might be a manifestation of the plasma discharges plucking the tape like a guitar string. Presented research should help control the potentially harmful electrostatic discharges and bring us closer to a true understanding of the nature of contact electrification, noted the research team.

References: “Charge mosaics on contact-electrified dielectrics result from polarity-inverting discharges” by Yaroslav I. Sobolev, Witold Adamkiewicz, Marta Siek and Bartosz A. Grzybowski, 8 September 2022, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-022-01714-9

“Correlation between nanosecond X-ray flashes and stick-slip friction in peeling tape” by Carlos G. Camara, Juan V. Escobar, Jonathan R. Hird and Seth J. Putterman, 23 October 2008, Nature
DOI: 10.1038/nature07378

“The mosaic of surface charge in contact electrification” by H. T. Baytekin, A. Z. Patashinski, M. Branicki, B. Baytekin, S. Soh and B. A. Grzybowski, 23 June 2011, Science.
DOI: 10.1126/science.1201512

READ  Proč datlům nevadí bít do stromů obličejem

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *