Misterio de 80 años sobre la electricidad estática acaba de ser resuelto

Históricamente, la electrificación por contacto (EC) fue la primera y única fuente de electricidad de la humanidad hasta alrededor del siglo XVIII, pero su verdadera naturaleza aún es difícil de comprender. Hoy en día se considera un componente central de tecnologías como impresoras láser, procesos de producción de LCD, pintura electrostática y separación de plásticos para su reciclaje, así como un riesgo industrial importante (daños a sistemas electrónicos, explosiones en minas de carbón, incendios en plantas químicas, etc.) debido a las descargas electrostáticas (ESD) que acompañan a CE. En el vacío, los ESD de una simple cinta adhesiva son tan potentes que generan suficientes rayos X para tomar una imagen de rayos X de un dedo.

Durante mucho tiempo, se supuso que dos materiales en contacto/deslizamiento se cargaban de manera opuesta y uniforme. Sin embargo, en la década de 1940 se observó que cada una de las superficies separadas lleva cargas (+) y (-), después de CE. La creación de los llamados mosaicos de carga se atribuyó a la irreproducibilidad de los experimentos, la falta de homogeneidad inherente de los materiales de contacto o una «naturaleza estocástica» general de la CE.

Un equipo de investigación, dirigido por el profesor Bartosz A. Grzybowski (Departamento de Química) del Centro de Materia Blanda y Viva, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) de la UNIST, ha investigado las posibles fuentes de mosaicos de carga durante más de una década. Publicado en línea y que se incluirá en la edición de octubre de 2022 de Nature Physics, se espera que este estudio ayude a controlar las descargas electrostáticas potencialmente dañinas.

«En nuestro artículo de Science de 2011, mostramos una falta de uniformidad de carga a escala submicrométrica de origen desconocido. En ese momento, nuestra hipótesis era atribuir estos mosaicos (+/-) a la transferencia de parches microscópicos de materiales entre las superficies que se están Sin embargo, a lo largo de muchos años de trabajo sobre el problema, este y otros modelos relacionados simplemente no se sostenían, ya que gradualmente se estaba volviendo poco claro para nosotros (y para muchos otros colegas con los que discutimos) cómo estos parches microscópicos pueden explicar incluso milimétricamente. regiones de escala de polaridad opuesta que coexisten en la misma superficie. Sin embargo, nosotros y la comunidad no teníamos una mejor respuesta de por qué los mosaicos (+/-) se ven en absoluto y en tantas escalas de longitud», dice el profesor Grzybowski.

En el artículo publicado recientemente en Nature Physics, el grupo del profesor Grzybowski muestra que los mosaicos de carga son una consecuencia directa de la ESD. Los experimentos demuestran que entre los materiales delaminados se crean las secuencias de «chispas» y son responsables de formar las distribuciones de carga (+/-) que son simétricas en ambos materiales.

«Se podría pensar que una descarga solo puede llevar las cargas a cero, pero en realidad puede invertirlas localmente. Está relacionado con el hecho de que es mucho más fácil encender la ‘chispa’ que extinguirla», dice el Dr. Yaroslav Sobolev. , el autor principal del artículo. «Incluso cuando las cargas se reducen a cero, la chispa continúa impulsada por el campo de las regiones adyacentes que no han sido tocadas por esta chispa».

La teoría propuesta explica por qué se observaron mosaicos de carga en muchos materiales diferentes, incluidas hojas de papel, globos que se frotan, bolas de acero que ruedan sobre superficies de teflón o polímeros separados del mismo u otros polímeros. También sugiere el origen del crujido cuando se quita una cinta adhesiva; podría ser una manifestación de las descargas de plasma que tocan la cinta como una cuerda de guitarra. La investigación presentada debería ayudar a controlar las descargas electrostáticas potencialmente dañinas y acercarnos a una verdadera comprensión de la naturaleza de la electrificación por contacto, señaló el equipo de investigación.

Con información de Phys.org