Các thí nghiệm ép hai vật liệu lên nhau cho thấy sự tích tụ điện tích tĩnh điện khi nước bề mặt cho phép các ion di chuyển từ bề mặt này sang bề mặt kia.
Một cái bút sau khi cọ xát vào quần áo thì có thể hút lấy các mẫu giấy vụn, đó là một thí nghiệm kinh điển ở trường phổ thông. Nhưng nguồn gốc của hiệu ứng này – sự tích tụ điện tích gọi là nhiễm điện do ma sát – không nhất thiết đòi hỏi cọ xát các vật liệu với nhau. Nó có thể xảy ra khi hai bề mặt cách điện chỉ cần tiếp xúc nhau và rồi tách ra, mặc dù cơ chế chính xác thì vẫn còn bí ẩn. Nay với một thí nghiệm tách riêng kiểu tích điện phi ma sát này, Isaac Harris và các đồng sự tại Đại học Chicago quy hiệu ứng nàylà do những lượng nhỏ nước mang ion di chuyển từ bề mặt này sang bề mặt kia. Kết quả mới có thể giúp các nhà nghiên cứu cải thiện các quá trình công nghiệp trong đó sự tích điện do tiếp xúc là một vấn đề hoặc tránh được hiện tượng phóng điện tĩnh điện nguy hại.
Đội nghiên cứu làm lại nhiều lần việc ép những miếng nylon và polytetrafluiroethylene (PTFE) – còn gọi là Teflon – cỡ bằng con tem lên nhau và đo điện tích trên các miếng sau khi kéo chúng ra. Ở gần nhiệt độ phòng, mỗi lần tiếp xúc lúc đầu mang lại sự tích tụ theo hàm mũ của điện tích âm trên PTFE, sau đó thì điện tích tăng tuyến tính. Lặp lại thí nghiệm ở 80oC đem lại kiểu phân bố giống như cũ, nhưng xu hướng chuyển sang tuyến tính sau ít đợt lặp lại hơn (tức là nhanh hơn). Đội nghiên cứu lí giải rằng sự khác biệt ấy là do trên bề mặt nylon sau khi nóng lên thì có ít nước hơn, họ xác nhận điều đó bằng cách cân miếng nylon ở những nhiệt độ khác nhau.
Biết rằng nước giữ một vai trò nào đó, Harris và đội của ông kết luận rằng sự nhiễm điện tiếp xúc sẽ xảy ra khi một vật liệu có tính hút nước (ưa nước) hơn vật liệu kia. Trái lại, điều kiện này cho phép các ion hydroxide đi từ những mảng ẩm ướt trên bề mặt này sang những đốm khô ráo hơn trên bề mặt kia. Các nhà nghiên cứu còn cho rằng sự tích tụ điện tích thay đổi từ hàm mũ sang tuyến tính là do nước được phân bố lại.
Nghiên cứu này công bố trên tạp chí Physical Review Materials.
Nguồn: APS Physics
