La maggior parte delle persone ha sperimentato l'effetto da far rizzare i capelli dello sfregamento di un palloncino sulla testa o la sottile scintilla causata dal trascinamento dei piedi sul tappeto. Sebbene queste esperienze siano comuni, una comprensione dettagliata di come si verificano è sfuggita agli scienziati per più di 2 anni, 500 anni.

Ora un team della Northwestern University ha sviluppato un nuovo modello che mostra che lo sfregamento di due oggetti insieme produce elettricità statica, o triboelettricità, piegando le minuscole sporgenze sulla superficie dei materiali.

Questa nuova comprensione potrebbe avere importanti implicazioni per le applicazioni elettrostatiche esistenti, come la raccolta di energia e la stampa, nonché per evitare potenziali pericoli, come incendi provocati da scintille di elettricità statica.

La ricerca sarà pubblicata giovedì, 12 settembre nel diario Lettere di revisione fisica . Lorenzo Marchi, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering della Northwestern, condotto lo studio. Christopher Mizzi e Alex Lin, dottorandi nel laboratorio di Marks, sono stati co-primi autori del documento.

Il filosofo greco Talete di Mileto riportò per la prima volta l'elettricità statica indotta dall'attrito nel 600 a.C. Dopo aver strofinato l'ambra con la pelliccia, notò che la pelliccia attirava la polvere.

"Da allora, è diventato chiaro che lo sfregamento induce una carica statica in tutti gli isolanti, non solo in pelliccia, " Marks ha detto. "Tuttavia, questo è più o meno dove è finito il consenso scientifico".

Alla nanoscala, tutti i materiali hanno superfici ruvide con innumerevoli piccole sporgenze. Quando due materiali entrano in contatto e si sfregano l'uno contro l'altro, queste sporgenze si piegano e si deformano.

Il team di Marks ha scoperto che queste deformazioni danno origine a tensioni che alla fine causano la carica statica. Questo fenomeno è chiamato "effetto flessoelettrico, " che si verifica quando la separazione di carica in un isolante deriva da deformazioni come la flessione.

Utilizzando un modello semplice, il team della Northwestern ha mostrato che le tensioni derivanti dalle sporgenze di flessione durante lo sfregamento sono, infatti, abbastanza grande da causare elettricità statica. Questo lavoro spiega una serie di osservazioni sperimentali, come il motivo per cui vengono prodotte cariche anche quando due pezzi dello stesso materiale vengono strofinati insieme e prevede le cariche misurate sperimentalmente con notevole precisione.

"La nostra scoperta suggerisce che la triboelettricità, flexoelettricità e attrito sono indissolubilmente legati, " Marks ha detto. "Questo fornisce molte informazioni sulla personalizzazione delle prestazioni triboelettriche per le applicazioni attuali e sull'espansione delle funzionalità alle nuove tecnologie".

"Questo è un ottimo esempio di come la ricerca fondamentale possa spiegare fenomeni quotidiani che non erano stati compresi in precedenza, e di come la ricerca in un'area, in questo caso l'attrito e l'usura, possa portare a progressi inaspettati in un'altra area, " ha detto Andrew Wells, un direttore del programma presso la National Science Foundation (NSF), che ha finanziato la ricerca. "NSF finanzia ricerche come questa nella scienza dei materiali e nell'ingegneria per nuove conoscenze che un giorno possono aprire nuove opportunità".