Durante séculos, cientistas tentaram entender a carga triboelétrica, comumente conhecido como eletricidade estática.

O carregamento triboelétrico faz com que o toner de uma fotocopiadora ou impressora a laser grude no papel, e provavelmente facilitou a formação de planetas a partir da poeira espacial e a origem da vida na Terra.

Mas as cargas também podem ser destrutivas, desencadeando explosões mortais de pó de carvão em minas e de açúcar e pó de farinha em fábricas de processamento de alimentos.

Uma nova pesquisa liderada pela Case Western Reserve University indica que minúsculos orifícios e rachaduras em um material - mudanças na microestrutura - podem controlar como o material se torna eletricamente carregado por fricção.

A pesquisa é um passo para a compreensão e, em última análise, gerenciar o processo de cobrança para usos específicos e para aumentar a segurança, dizem os pesquisadores. O estudo está publicado na revista Materiais de revisão física .

"A carga eletrostática pode ser vista em todos os lugares, mas notamos alguns casos em que os materiais pareciam carregar mais, como um balão esfregado na cabeça, ou embalar amendoins grudados em seu braço quando você alcança um pacote, "disse Dan Lacks, presidente do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular e um dos principais autores do estudo.

"Nossa ideia era que uma tensão nos materiais estava causando uma maior propensão para os materiais ficarem carregados, "Falta disse." Depois de soprar poliestireno para criar o poliestireno expandido que compreende o amendoim, o material mantém esse comportamento de carregamento distinto indefinidamente. "

Testando a ideia

Os cientistas sabem há muito tempo que esfregar dois materiais, como um balão no cabelo, causa carga eletrostática. Para testar a teoria de que a tensão afeta o carregamento, os pesquisadores esticaram um filme de politetrafluoroetina (PTFE) e o esfregaram contra um filme de PTFE não tensionado.

"Os experimentos de carregamento triboelétrico são geralmente conhecidos por seus - como alguns diriam - resultados charmosamente inconsistentes, "disse Andrew Wang, um aluno de PhD da Case Western Reserve e coautor que liderou o trabalho. "O que foi surpreendente para mim, inicialmente, foi a consistência dos resultados de carregamento não tensos versus tensos. "

Falta, Wang e Mohan Sankaran, professor de engenharia química e outro autor principal do estudo, repetidamente encontrou uma transferência de carga sistemática em uma direção, como se os materiais fossem feitos de duas composições químicas diferentes.

Depois de esfregar, os filmes não tensionados tendiam claramente a carregar uma carga negativa e os filmes tensionados, uma carga positiva. A descoberta não foi consistente 100 por cento do tempo, mas estatisticamente significativo.

Em contraste, filmes não tensionados esfregados e filmes tensos esfregados pareciam carregar aleatoriamente.

Analisando os resultados

Colaboradores na Bilkent University, em Ancara, Turquia, usaram difração de raios-X e espectroscopia Raman para analisar amostras de filmes tensos e não tensos e encontrados no nível atômico, eles pareciam quase iguais.

A única diferença detectável no filme tensionado do filme não tensionado era a presença de espaços vazios no material - orifícios e fraturas criadas pelo alongamento, que mudou a microestrutura. Alguns orifícios e fraturas foram detectados a olho nu, enquanto outros eram tão pequenos que exigiam o auxílio de um microscópio eletrônico de varredura.

Os pesquisadores criaram simulações moleculares de materiais tensionados em um computador, que mostrou o nascimento dos vazios, mas nenhuma outra mudança significativa. Isso indicou ainda que a mudança na microestrutura é a causa provável da transferência de carga sistemática.

"Achamos que as regiões vazias e as fibrilas que vemos ao redor delas quando tensionamos o polímero têm ligações diferentes e, portanto, carregam de maneira diferente, "Falta disse.

Embora o experimento tenha se concentrado em um material, deformação pode afetar todos os materiais, Sankaran disse. "A pressão que aplicamos ao PTFE foi grande porque estávamos procurando grandes efeitos, "ele disse." Todos os materiais podem ter um pouco de tensão de processamento. "

Próximos passos

Os pesquisadores agora estão se concentrando em materiais granulares, bem como outros polímeros, incluindo amendoim de poliestireno e sacos de plástico.

Eles esperam entender a base científica da carga triboelétrica e então controlar o processo. O objetivo:prevenir danos e explosões ou explorar a cobrança para usos benéficos, como pesticidas agrícolas carregados que se aderem melhor às plantas, ou tintas para carros ou mesmo bronzeadores em spray. Uma melhor adesão reduziria as quantidades aplicadas e desperdiçadas.

Além dos usos terrestres, Wang disse, essas aplicações e estratégias de mitigação podem ser mais pertinentes nos próximos anos, à medida que as missões espaciais tripuladas e não tripuladas lidam com a lua, Marte e poeira de asteróides.