La mayoría de las personas han sentido esa picadura al agarrar el pomo de la puerta después de caminar sobre una alfombra o han visto cómo un globo se pegará a una superficie borrosa después de unos momentos de roce vigoroso.
Si bien los efectos de la electricidad estática han fascinado a observadores y científicos ocasionales durante milenios, ciertos aspectos de cómo se genera y almacena la electricidad en las superficies siguen siendo un misterio.
Ahora, los investigadores han descubierto más detalles sobre la forma en que ciertos materiales retienen una carga incluso después de que dos superficies se separen, información que podría ayudar a mejorar los dispositivos que aprovechan tal energía como una fuente de energía.
"Hemos sabido que el material retiene fácilmente la energía generada en la electrificación de contacto como cargas electrostáticas durante horas a temperatura ambiente", dijo Zhong Lin Wang, profesor de Regentes en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Instituto de Georgia de Georgia.Tecnología ". Nuestra investigación demostró que existe una barrera potencial en la superficie que impide que las cargas generadas vuelvan al sólido de donde provenían o escapen de la superficie después del contacto".
En su investigación, que se informó en marzo en el Materiales avanzados , los investigadores encontraron que la transferencia de electrones es el proceso dominante para la electrificación por contacto entre dos sólidos inorgánicos y explica algunas de las características ya observadas sobre la electricidad estática.
"Ha habido cierto debate sobre la electrificación por contacto, es decir, si la transferencia de carga ocurre a través de electrones o iones y por qué las cargas se retienen en la superficie sin una disipación rápida", dijo Wang.
Han pasado ocho años desde que el equipo de Wang publicó por primera vez una investigación sobre nanogeneradores triboeléctricos, que emplean materiales que crean una carga eléctrica cuando están en movimiento y podrían diseñarse para recolectar energía de una variedad de fuentes como el viento, las corrientes oceánicas o las vibraciones sonoras.
"Anteriormente utilizamos prueba y error para maximizar este efecto", dijo Wang. "Pero con esta nueva información, podemos diseñar materiales que tengan un mejor rendimiento para la conversión de energía".
Los investigadores desarrollaron un método utilizando un nanogenerador triboeléctrico a nanoescala, compuesto por capas de titanio y óxido de aluminio o titanio y dióxido de silicona, para ayudar a cuantificar la cantidad de carga acumulada en las superficies durante los momentos de fricción.
El método fue capaz de rastrear las cargas acumuladas en tiempo real y funcionó en un amplio rango de temperaturas, incluidas las muy altas. Los datos del estudio indicaron que las características del efecto triboeléctrico, a saber, cómo los electrones fluían a través de las barreras,eran consistentes con la teoría de la emisión termiónica de electrones.
Al diseñar nanogeneradores triboeléctricos que pudieran resistir las pruebas a altas temperaturas, los investigadores también descubrieron que la temperatura desempeñaba un papel importante en el efecto triboeléctrico.
"Nunca nos dimos cuenta de que era un fenómeno dependiente de la temperatura", dijo Wang. "Pero descubrimos que cuando la temperatura alcanza unos 300 grados Celsius, la transferencia triboeléctrica casi desaparece".
Los investigadores probaron la capacidad de las superficies para mantener una carga a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 80 grados Celsius y 300 grados Celsius. Con base en sus datos, los investigadores propusieron un mecanismo para explicar el proceso físico en el efecto de la triboelectrificación.
"A medida que aumenta la temperatura, las fluctuaciones de energía de los electrones se hacen cada vez más grandes", escribieron los investigadores. "Por lo tanto, es más fácil para los electrones saltar del pozo potencial y volver al material de donde vinieronde o emitir en el aire "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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