A maioria das pessoas sentiu aquela dor ao agarrar a maçaneta da porta depois de caminhar sobre um tapete ou viu como um balão gruda em uma superfície difusa após alguns momentos de fricção vigorosa.

Embora os efeitos da eletricidade estática fascinem observadores casuais e cientistas por milênios, certos aspectos de como a eletricidade é gerada e armazenada em superfícies permaneceram um mistério.

Agora, pesquisadores descobriram mais detalhes sobre a maneira como certos materiais mantêm uma carga, mesmo depois de duas superfícies se separarem, informações que podem ajudar a melhorar os dispositivos que aproveitam essa energia como fonte de alimentação.

"Sabemos que a energia gerada na eletrificação de contato é prontamente retida pelo material como cargas eletrostáticas por horas em temperatura ambiente, "disse Zhong Lin Wang, Professor dos regentes na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Nossa pesquisa mostrou que existe uma barreira potencial na superfície que impede que as cargas geradas fluam de volta para o sólido de onde estavam ou escapem da superfície após o contato."

Em sua pesquisa, que foi relatado em março no Materiais avançados , os pesquisadores descobriram que a transferência de elétrons é o processo dominante para a eletrificação de contato entre dois sólidos inorgânicos e explica algumas das características já observadas sobre a eletricidade estática.

"Tem havido algum debate em torno da eletrificação de contato - ou seja, se a transferência de carga ocorre por meio de elétrons ou íons e por que as cargas retêm na superfície sem uma dissipação rápida, "Disse Wang.

Já se passaram oito anos desde que a equipe de Wang publicou pela primeira vez uma pesquisa sobre nanogeradores triboelétricos, que empregam materiais que criam uma carga elétrica quando em movimento e podem ser projetados para coletar energia de uma variedade de fontes, como o vento, correntes oceânicas ou vibrações sonoras.

"Anteriormente, usávamos apenas tentativa e erro para maximizar esse efeito, "Disse Wang." Mas com esta nova informação, podemos projetar materiais com melhor desempenho para conversão de energia. "

Os pesquisadores desenvolveram um método usando um nanogerador triboelétrico em nanoescala - composto de camadas de titânio e óxido de alumínio ou titânio e dióxido de silicone - para ajudar a quantificar a quantidade de carga que se acumula nas superfícies durante os momentos de atrito.

O método era capaz de rastrear as cargas acumuladas em tempo real e funcionava em uma ampla gama de temperaturas, incluindo os muito altos. Os dados do estudo indicaram que as características do efeito triboelétrico, nomeadamente, como os elétrons fluíram através das barreiras, eram consistentes com a teoria da emissão termiônica de elétrons.

Ao projetar nanogeradores triboelétricos que poderiam resistir a testes em altas temperaturas, os pesquisadores também descobriram que a temperatura desempenhou um papel importante no efeito triboelétrico.

"Nunca percebemos que era um fenômeno dependente da temperatura, "Disse Wang." Mas descobrimos que quando a temperatura atinge cerca de 300 graus Celsius, a transferência triboelétrica quase desaparece. "

Os pesquisadores testaram a capacidade das superfícies de manter a carga em temperaturas que variam de cerca de 80 graus Celsius a 300 graus Celsius. Com base em seus dados, os pesquisadores propuseram um mecanismo para explicar o processo da física no efeito da triboeletrificação.

"À medida que a temperatura sobe, as flutuações de energia dos elétrons tornam-se cada vez maiores, "escreveram os pesquisadores." Assim, é mais fácil para os elétrons pularem do poço de potencial, e eles voltam para o material de onde vieram ou emitem no ar. "