A maioria das pessoas já experimentou o efeito de arrepiar os cabelos de esfregar um balão na cabeça ou a faísca sutil causada por arrastar os pés com meias pelo carpete. Embora essas experiências sejam comuns, uma compreensão detalhada de como eles ocorrem iludiu os cientistas por mais de 2, 500 anos.

Agora, uma equipe da Northwestern University desenvolveu um novo modelo que mostra que esfregar dois objetos juntos produz eletricidade estática, ou triboeletricidade, dobrando as minúsculas saliências na superfície dos materiais.

Este novo entendimento pode ter implicações importantes para as aplicações eletrostáticas existentes, como captação e impressão de energia, bem como para evitar perigos potenciais, como incêndios iniciados por faíscas de eletricidade estática.

A pesquisa será publicada na quinta-feira, 12 de setembro, no jornal Cartas de revisão física . Laurence Marks, professor de ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering da Northwestern, conduziu o estudo. Christopher Mizzi e Alex Lin, alunos de doutorado no laboratório de Marks, foram co-primeiros autores do artigo.

O filósofo grego Tales de Mileto relatou pela primeira vez eletricidade estática induzida por atrito em 600 a.C. Depois de esfregar âmbar com pêlo, ele notou que o pêlo atraía poeira.

"Desde então, tornou-se claro que a fricção induz carga estática em todos os isoladores - não apenas na pele, "Marks disse." No entanto, este é mais ou menos onde o consenso científico terminou. "

Na nanoescala, todos os materiais têm superfícies ásperas com incontáveis ​​protuberâncias minúsculas. Quando dois materiais entram em contato e esfregam um no outro, essas saliências se dobram e se deformam.

A equipe de Marks descobriu que essas deformações dão origem a tensões que acabam por causar carga estática. Este fenômeno é chamado de "efeito flexoelétrico, "que ocorre quando a separação de carga em um isolador surge de deformações como flexão.

Usando um modelo simples, a equipe da Northwestern mostrou que as tensões decorrentes das saliências de flexão durante a fricção são, na verdade, grande o suficiente para causar eletricidade estática. Este trabalho explica uma série de observações experimentais, por exemplo, por que cargas são produzidas mesmo quando duas peças do mesmo material são esfregadas e prevê cargas medidas experimentalmente com precisão notável.

"Nossa descoberta sugere que a triboeletricidade, flexoeletricidade e fricção estão inextricavelmente ligadas, "Marks disse." Isso fornece muitos insights sobre como ajustar o desempenho triboelétrico para aplicativos atuais e expandir a funcionalidade para novas tecnologias. "

"Este é um ótimo exemplo de como a pesquisa fundamental pode explicar fenômenos cotidianos que não tinham sido compreendidos anteriormente, e de como a pesquisa em uma área - neste caso, atrito e desgaste - pode levar a avanços inesperados em outra área, "disse Andrew Wells, um diretor de programa da National Science Foundation (NSF), que financiou a pesquisa. "A NSF financia pesquisas como essa em ciência e engenharia de materiais para novos conhecimentos que podem um dia abrir novas oportunidades."