Badanie wykazało, że ładunek mozaikowy jest bezpośrednim wynikiem planowania środowiskowego i zrównoważonego rozwoju.
Elektryfikacja kontaktowa (CE) była pierwszym i jedynym źródłem elektryczności w ludzkości do około XVIII wieku, ale jej prawdziwa natura pozostaje tajemnicą. Dziś postrzegana jest jako krytyczny składnik technologii takich jak drukarki laserowe, procesy produkcyjne LCD, powłoki elektrostatyczne, segregacja tworzyw sztucznych do recyklingu i nie tylko, a także jako istotne zagrożenie przemysłowe (uszkodzenia układów elektronicznych, wybuchy w kopalniach węgla, pożarów w zakładach chemicznych) z powodu wyładowań elektrostatycznych (ESD), które towarzyszą CE. Badanie z 2008 roku zostało opublikowane w charakter temperamentu Odkryłem, że w próżni wyładowania elektrostatyczne prostej taśmy izolacyjnej są tak silne, że generują wystarczającą ilość promieni rentgenowskich, aby wykonać zdjęcie rentgenowskie palca.
Przez długi czas uważano, że dwa materiały stykowo-ślizgowe ładują się w przeciwnych i jednorodnych kierunkach. Jednak po CE odkryto, że obie oddzielne powierzchnie przenoszą zarówno ładunki (+), jak i (-). Powstawanie tak zwanej mozaiki ładunków przypisuje się doświadczeniu niemożności produkcji, nieodłącznej niejednorodności stykających się materiałów lub ogólnej „przypadkowej naturze” CE.
Profesor Bartosz A. Grzybowskiego. Źródło: UNIST
Zespół badawczy pod kierownictwem prof. Bartosza A. Grzybowski (Wydział Chemii) Centrum Materiałów Miękkich i Żywych w Instytucie Nauk Podstawowych (IBS) przy ul. Narodowy Instytut Nauki i Technologii Ulsan (UNIST) Od ponad dekady bada możliwe źródła wysyłki mozaiki. Oczekuje się, że badanie pomoże kontrolować potencjalnie szkodliwe wyładowania elektrostatyczne i zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie
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