Durante siglos, los científicos han tratado de entender la carga triboeléctrica, comúnmente conocida como electricidad estática.
La carga triboeléctrica hace que el tóner de una fotocopiadora o impresora láser se adhiera al papel, y probablemente facilitó la formación de planetas a partir del polvo espacial y el origen de la vida en la tierra.
Pero los cargos también pueden ser destructivos, provocando explosiones mortales de polvo de carbón en minas y de azúcar y harina en plantas de procesamiento de alimentos.
Una nueva investigación dirigida por la Universidad Case Western Reserve indica que pequeños agujeros y grietas en un material, cambios en la microestructura, pueden controlar cómo el material se carga eléctricamente por fricción.
La investigación es un paso hacia la comprensión y, en última instancia, la gestión del proceso de carga para usos específicos y para aumentar la seguridad, dicen los investigadores. El estudio se publica en la revista Materiales de revisión física .
"La carga electrostática se puede ver en todas partes, pero notamos algunos casos en los que los materiales parecían cargar más, como un globo que se frota en la cabeza o empacar cacahuetes pegados al brazo cuando llega a un paquete", dijo Dan Lacks,presidente del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular y uno de los autores principales del estudio.
"Nuestra idea era que una tensión en los materiales causaba una mayor propensión a que los materiales se cargaran", dijo Lacks. "Después de soplar poliestireno para crear el poliestireno expandido que comprende el maní, el material mantiene este comportamiento de carga distinto indefinidamente"
Prueba de la idea
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que frotar dos materiales, como un globo en el cabello, provoca una carga electrostática. Para probar la teoría de que la tensión afecta la carga, los investigadores estiraron una película de politetrafluoroetileno PTFE y la frotaron contra una película de PTFE no entrenado.
"Los experimentos de carga triboeléctrica son generalmente conocidos por sus resultados, como algunos dirían, encantadoramente inconsistentes", dijo Andrew Wang, un estudiante de doctorado y coautor de Case Western Reserve que dirigió el trabajo. "Lo que me sorprendió,inicialmente, era la consistencia de los resultados de carga sin tensión versus tensión ".
Lacks, Wang y Mohan Sankaran, profesor de ingeniería química y el otro autor principal del estudio, encontraron repetidamente una transferencia de carga sistemática en una dirección, como si los materiales estuvieran hechos de dos composiciones químicas diferentes.
Después de frotar, las películas no deformadas tendían claramente a llevar una carga negativa y la película filtrada a una carga positiva. El hallazgo no fue consistente el 100 por ciento del tiempo, pero estadísticamente significativo.
En contraste, las películas no deformadas se frotaron juntas y las películas tensas se unieron al azar.
Analizando los resultados
Los colaboradores de la Universidad de Bilkent, en Ankara, Turquía, utilizaron la difracción de rayos X y la espectroscopía Raman para analizar muestras de películas filtradas y no filtradas y se encontraron a nivel atómico, se veían casi iguales.
La única diferencia detectable en la película filtrada de la película no filtrada fue la presencia de huecos en el material: agujeros y fracturas creadas por estiramiento, que cambiaron la microestructura. Algunos agujeros y fracturas se detectaron a simple vista, mientras que otros fuerontan pequeños que necesitaron la ayuda de un microscopio electrónico de barrido.
Los investigadores crearon simulaciones moleculares de materiales filtrados en una computadora, que mostraron el nacimiento de los huecos pero no otros cambios significativos. Eso indicó que el cambio en la microestructura es la causa probable de la transferencia sistemática de carga.
"Creemos que las regiones vacías y las fibrillas que vemos a su alrededor cuando tensamos el polímero tienen un enlace diferente y, por lo tanto, se cargan de manera diferente", dijo Lacks.
Aunque el experimento se centró en un material, la tensión puede afectar a todos los materiales, dijo Sankaran. "La tensión que aplicamos al PTFE fue grande porque estábamos buscando grandes efectos", dijo. "Todos los materiales pueden tener un poco de tensión deProcesando."
Próximos pasos
Los investigadores ahora se están centrando en materiales granulares, así como en otros polímeros, incluidos los maníes de poliestireno y las bolsas de plástico.
Esperan comprender la base científica de la carga triboeléctrica y luego controlar el proceso. El objetivo: evitar daños y explosiones o explotar la carga para usos beneficiosos, como pesticidas agrícolas cargados que se adhieren mejor a las plantas, o pinturas para automóviles oincluso bronceado en aerosol. Una mejor adhesión reduciría las cantidades aplicadas y desperdiciadas.
Wang dijo que más allá de los usos terrenales, estas aplicaciones y estrategias de mitigación podrían ser más pertinentes en los próximos años, ya que las misiones espaciales tripuladas y no tripuladas se ocupan de la luna, Marte y el polvo de asteroides.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Case Western Reserve . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :