为什么在头发上摩擦气球会使它粘住: 静电解码

科学家们解释了为什么一些材料能更好地获得静电，他们说，爆炸气球表面的微小变化会导致它在与我们的头发摩擦时带电更多，并粘在其他表面上。几个世纪以来，科学家们一直试图理解摩擦带电，俗称静电。

研究人员说，摩擦电荷会导致复印机或激光打印机的墨粉粘在纸上，并可能促进太空尘埃形成行星和地球生命的起源。然而，这些电荷也可能是破坏性的，在矿井中引发致命的煤尘爆炸，在食品加工厂引发致命的糖粉爆炸。

美国凯斯西储大学领导的新研究表明，材料上的微小孔和裂纹--微结构的变化--可以控制材料如何通过摩擦变得带电。研究人员说，这项研究朝着理解并最终管理特定用途的充电过程和提高安全性迈出了一步。

凯斯西储大学的丹·莱克斯说：“静电随处可见，但我们注意到一些情况下，材料似乎更带电--比如一个气球擦在你的头上，或者当你把手伸进包裹时，包装花生粘在你的手臂上。”“我们的想法是，材料上的压力导致材料更容易带电，”缺乏说。

他说：“在吹制聚苯乙烯生成包含花生的发泡聚苯乙烯后，这种材料将无限期地保持这种独特的充电行为。”为了验证应变影响充电的理论，研究人员拉伸了一层聚四氟乙烯（pTFE）薄膜，并将其与未应变的pTFE薄膜摩擦。

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凯斯西储大学的博士生安德鲁·王（Andrew Wang）说：“摩擦充电实验通常以其不一致的结果而闻名。”“最初令我惊讶的是，非应变充电和应变充电结果的一致性，”王说，他领导了这项发表在《物理评论材料》杂志上的研究。

研究人员反复发现一个方向的系统电荷转移，就好像材料是由两种不同的化学成分组成的。摩擦后，未应变的薄膜明显倾向于带负电荷，而应变的薄膜明显倾向于带正电荷。这一发现在100%的时间内并不一致，但具有统计学意义。

相比之下，摩擦在一起的非应变膜和摩擦在一起的应变膜似乎随机充电。研究人员使用X射线衍射和拉曼光谱分析应变和非应变薄膜的样本，发现在原子水平上，它们看起来几乎相同。

应变薄膜与非应变薄膜的唯一区别是材料中存在空洞--拉伸产生的孔洞和断裂，这改变了微观结构。“我们认为当我们应变聚合物时，空隙区域和我们在它们周围看到的纤维有不同的键合，因此电荷也不同，”缺乏说。