La mayoría de las personas han experimentado el efecto espeluznante de frotarse un globo en la cabeza o la sutil chispa causada por arrastrar los pies calzados por la alfombra. Aunque estas experiencias son comunes, una comprensión detallada de cómo ocurren ha eludido a los científicos durante más de 2, 500 años.

Ahora, un equipo de la Universidad Northwestern desarrolló un nuevo modelo que muestra que frotar dos objetos juntos produce electricidad estática, o triboelectricidad, doblando las pequeñas protuberancias en la superficie de los materiales.

Esta nueva comprensión podría tener importantes implicaciones para las aplicaciones electrostáticas existentes, como la recolección de energía y la impresión, así como para evitar peligros potenciales, como incendios provocados por chispas de electricidad estática.

La investigación se publicará el jueves, 12 de septiembre en el diario Cartas de revisión física . Laurence Marks, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, dirigió el estudio. Christopher Mizzi y Alex Lin, estudiantes de doctorado en el laboratorio de Marks, fueron los primeros coautores del artículo.

El filósofo griego Tales de Mileto informó por primera vez sobre la electricidad estática inducida por fricción en el 600 a. C. Después de frotar el ámbar con la piel, notó que el pelaje atraía el polvo.

"Desde entonces, ha quedado claro que el roce induce una carga estática en todos los aislantes, no solo en la piel, "Marks dijo." Sin embargo, aquí es más o menos donde terminó el consenso científico ".

A nanoescala, todos los materiales tienen superficies rugosas con innumerables protuberancias diminutas. Cuando dos materiales entran en contacto y se frotan entre sí, estas protuberancias se doblan y deforman.

El equipo de Marks descubrió que estas deformaciones dan lugar a voltajes que, en última instancia, provocan una carga estática. Este fenómeno se denomina "efecto flexoeléctrico, "que ocurre cuando la separación de carga en un aislante surge de deformaciones como la flexión.

Usando un modelo simple, El equipo de Northwestern demostró que los voltajes que surgen de las protuberancias de flexión durante el frotamiento son, Por supuesto, lo suficientemente grande como para causar electricidad estática. Este trabajo explica una serie de observaciones experimentales, como por qué se producen cargas incluso cuando se frotan dos piezas del mismo material y predice cargas medidas experimentalmente con notable precisión.

"Nuestro hallazgo sugiere que la triboelectricidad, la flexoelectricidad y la fricción están indisolublemente unidas, Marks dijo:"Esto proporciona mucha información sobre cómo adaptar el rendimiento triboeléctrico para las aplicaciones actuales y expandir la funcionalidad a las nuevas tecnologías".

"Este es un gran ejemplo de cómo la investigación fundamental puede explicar fenómenos cotidianos que no se habían entendido anteriormente, y de cómo la investigación en un área, en este caso la fricción y el desgaste, puede conducir a avances inesperados en otra área, "dijo Andrew Wells, un director de programa en la National Science Foundation (NSF), que financió la investigación. "NSF financia investigaciones como esta en ciencia e ingeniería de materiales para obtener nuevos conocimientos que algún día puedan abrir nuevas oportunidades".