科学家揭示摩擦如何导致静电的长期谜团

摘要:

美国西北大学的一个研究小组发表在《物理评论快报》的一项研究指出,他们开发了一种模型,该模型显示通过弯曲材料表面上的微小突起,将两个物体在一起摩擦会产生静电或摩擦电。这一新的认识可能对现有的静电应用,如能量收集和印刷,以及避免潜在的危险,如由静电火花引发的火灾等产生重要的影响。

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公元前600年,米利图斯的希腊哲学家泰勒斯首次报道了摩擦引起的静电。他用毛皮摩擦琥珀后,注意到毛皮会吸引灰尘。

该研究领导者、西北大学的教授劳伦斯·马克斯(Laurence Marks)说:“从那以后,很明显摩擦会在所有绝缘体中引发静电,而不仅仅是皮毛。”

在纳米尺度上,所有的材料都有粗糙的表面和无数的微小突起,当两种材料接触并相互摩擦时,这些突起物就会弯曲变形

马克斯的团队发现,这些变形会产生最终导致静电充电的电压,这种现象被称为“挠曲电效应”,当绝缘体中的电荷因弯曲等变形而分离时就会发生

研究人员通过使用一个简单的模型表明,摩擦过程中弯曲突起产生的电压确实大到足以产生静电。这项工作解释了许多实验观察结果,例如为什么即使两块相同的材料摩擦在一起也会产生电荷,并以惊人的精度预测了实验测量的电荷。

马克斯说:“我们的发现表明,摩擦电性、挠曲电效应和摩擦是密不可分的。这为当前应用的摩擦电性能定制和新技术的功能扩展提供了更多见解。”

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