Dezember 9, 2022

Kreuznacher Rundschau

Folgen Sie den großen Nachrichten aus Deutschland, entdecken Sie ausgefallene Nachrichten aus Berlin und anderen Städten. Lesen Sie ausführliche Funktionen, die Ihnen helfen, die Denkweise der Deutschen zu verstehen.

Abstract Particle Physics Illustration

Wissenschaftler lösen ein 80 Jahre altes Rätsel der Physik

Die Studie zeigte, dass die Mosaikgebühr ein direktes Ergebnis der umweltbezogenen und nachhaltigen Entwicklungsplanung ist.

Die Kontaktelektrifizierung (CE) war bis etwa zum 18. Jahrhundert die erste und einzige Elektrizitätsquelle der Menschheit, aber ihre wahre Natur bleibt ein Rätsel. Heute wird es als kritischer Bestandteil von Technologien wie Laserdruckern, LCD-Produktionsprozessen, elektrostatischen Beschichtungen, der Trennung von Kunststoffen für das Recycling und mehr angesehen und stellt eine erhebliche industrielle Gefahr dar (Schäden an elektronischen Systemen, Explosionen in Kohlebergwerken, Brände in Chemieanlagen) aufgrund elektrostatischer Entladungen (ESD), die mit CE einhergehen. Eine Studie aus dem Jahr 2008 wurde in veröffentlicht Natur temperieren Ich fand heraus, dass in einem Vakuum die ESDs eines einfachen Klebebandes so stark sind, dass sie genug Röntgenstrahlen erzeugen, um ein Röntgenbild eines Fingers aufzunehmen.

Lange Zeit glaubte man, dass sich zwei Kontakt-/Gleitwerkstoffe in entgegengesetzter und gleicher Richtung aufladen. Nach CE wurde jedoch entdeckt, dass beide getrennten Oberflächen sowohl (+) als auch (–) Ladungen tragen. Die Bildung des sogenannten Ladungsmosaiks wurde der Erfahrung der Unfähigkeit zur Produktion, der inhärenten Heterogenität von Materialien in Kontakt oder der allgemeinen „Zufallsnatur“ von CE zugeschrieben.

Professor Bartosz A.  Grzybowski

Professor Bartosz A. Grzybowski. Bildnachweis: UNIST

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Bartosz A. Grzybowski (Department of Chemistry) des Center for Soft and Living Materials, innerhalb des Institute for Basic Sciences (IBS) at Ulsan Nationales Institut für Wissenschaft und Technologie (UNIST) Er untersucht seit mehr als einem Jahrzehnt mögliche Quellen für den Versand von Mosaiken. Die Studie soll dabei helfen, potenziell schädliche elektrostatische Entladungen zu kontrollieren und wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht

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

Siehe auch  Ein seltsamer Weltraumkreis, aufgenommen in beispielloser Detailtreue