Группа исследователей из Института науки и технологий Австрии (ISTA) под руководством Скотта Вайтюкайтиса сумела пролить свет на одну из самых загадочных областей физики — статическое электричество. Их исследование показало, что история электрического контакта материалов определяет, как именно они обмениваются зарядом, тем самым объясняя случайность явления, которое десятилетиями оставалось необъяснимым.
Статическое электричество знакомо каждому: это и разряд при касании дверной ручки, и прилипание воздушного шарика к волосам, и липкая пенопластовая упаковка. Однако несмотря на повсеместное проявление, учёные долгое время не могли полностью разобраться в механизме «контактной электрификации» — процесса передачи заряда при соприкосновении материалов.
Исследовательская группа ISTA сосредоточилась на изучении этого явления, используя идентичные материалы. Они предположили, что случайный характер зарядового обмена может объясняться историей предшествующих контактов. Ключевой момент наступил, когда аспирант Хуан Карлос Собарзо обратил внимание на повторные испытания одного и того же набора образцов.
Эксперименты с полидиметилсилоксаном (PDMS), прозрачным силиконовым полимером, показали неожиданный результат: если образцы использовались многократно, они начинали упорядочиваться в трибоэлектрический ряд — последовательность, определяющую склонность материалов к накоплению положительного или отрицательного заряда. Однако новые, ранее неиспользованные образцы демонстрировали полную случайность.
Учёные выяснили, что после примерно 200 контактов поведение материалов становилось предсказуемым. Более «опытный» образец при взаимодействии с новым стабильно получал отрицательный заряд. Это открытие означает, что трибоэлектрический ряд можно создавать намеренно, контролируя количество и порядок контактов между материалами.
Хотя точный физический механизм изменений остаётся не до конца понятным, исследования показали, что единственным заметным изменением материала со временем становилась микроскопическая гладкость поверхности. Учёные предполагают, что механический износ играет ключевую роль в формировании электрических свойств материала.
«Мы раскрыли важную закономерность, которая долгое время оставалась тайной для науки», — говорит Собарзо. Вайтюкайтис добавляет: «Теперь мы знаем, что случайность в статическом электричестве была лишь кажущейся — на самом деле всё подчиняется определённому порядку».
