科學(xué)家揭示摩擦如何導(dǎo)致靜電的長(zhǎng)期謎團(tuán)
9月10,據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)西北大學(xué)的一個(gè)研究小組發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的一項(xiàng)研究指出,他們開(kāi)發(fā)了一種模型,該模型顯示通過(guò)彎曲材料表面上的微小突起,將兩個(gè)物體在一起摩擦?xí)a(chǎn)生靜電或摩擦電。這一新的認(rèn)識(shí)可能對(duì)現(xiàn)有的靜電應(yīng)用,如能量收集和印刷,以及避免潛在的危險(xiǎn),如由靜電火花引發(fā)的火災(zāi)等產(chǎn)生重要的影響。
公元前600年,米利圖斯的希臘哲學(xué)家泰勒斯首次報(bào)道了摩擦引起的靜電。他用毛皮摩擦琥珀后,注意到毛皮會(huì)吸引灰塵。
該研究領(lǐng)導(dǎo)者、西北大學(xué)的教授勞倫斯·馬克斯(Laurence Marks)說(shuō):“從那以后,很明顯摩擦?xí)谒薪^緣體中引發(fā)靜電,而不僅僅是皮毛?!?/p>
在納米尺度上,所有的材料都有粗糙的表面和無(wú)數(shù)的微小突起,當(dāng)兩種材料接觸并相互摩擦?xí)r,這些突起物就會(huì)彎曲變形。
馬克斯的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),這些變形會(huì)產(chǎn)生最終導(dǎo)致靜電充電的電壓,這種現(xiàn)象被稱為“撓曲電效應(yīng)”,當(dāng)絕緣體中的電荷因彎曲等變形而分離時(shí)就會(huì)發(fā)生。
研究人員通過(guò)使用一個(gè)簡(jiǎn)單的模型表明,摩擦過(guò)程中彎曲突起產(chǎn)生的電壓確實(shí)大到足以產(chǎn)生靜電。這項(xiàng)工作解釋了許多實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果,例如為什么即使兩塊相同的材料摩擦在一起也會(huì)產(chǎn)生電荷,并以驚人的精度預(yù)測(cè)了實(shí)驗(yàn)測(cè)量的電荷。
馬克斯說(shuō):“我們的發(fā)現(xiàn)表明,摩擦電性、撓曲電效應(yīng)和摩擦是密不可分的。這為當(dāng)前應(yīng)用的摩擦電性能定制和新技術(shù)的功能擴(kuò)展提供了更多見(jiàn)解?!?/p>