西元前 600 年，希臘哲學家米利都的泰勒斯注意到當他在琥珀上摩擦毛皮時，毛皮會沾上灰塵。
產生的微小電荷稱為靜電。
你可能知道這是你梳理頭髮時頭髮發出的劈啪聲和蓬鬆聲，或者是你在頭上摩擦氣球後將氣球粘在天花板上的力量，但科學家們一直在試圖找出造成這種現象的根源。
現在，我們終於有了答案：產生靜電的滑動運動的開始和結束受到不同的力，導致前後電荷差異，從而產生靜電裂紋。
“我們第一次能夠解釋一個以前沒有人能解釋的謎團：為什麼摩擦很重要，”材料科學家勞倫斯馬克斯說美國西北大學學士。
「人們已經嘗試過，但他們無法在不做出不合理或不合理的假設的情況下解釋實驗結果。我們現在可以，而且答案出乎意料地簡單。只是在某物的正面和背面有不同的變形，因此有不同的電荷滑動會產生電流。
靜電非常常見，我們可以很好地處理更容易發生靜電的情況。當兩種材料相互摩擦而產生時，稱為摩擦起電，兩個表面之間電荷的轉移就是摩擦起電效應。
摩擦起電效應本身有點難確定。我們唯一確定的是，兩種材料摩擦在一起會產生摩擦電。
然後，在 2019 年，馬克斯和他當時的同事取得了突破：他們發現將兩種材料摩擦在一起會使這些材料表面上的微小突起變形。表面紋理的變形會產生電壓。
在一項新的研究中，馬克斯和西北大學的第一作者卡爾·奧爾森填補了這個謎題的其餘部分。
「2019 年，我們已經埋下了正在發生的事情的種子。然而，像所有種子一樣，它需要時間來生長，」馬克斯說。 “現在，它已經蓬勃發展。我們開發了一種計算電流的新模型。一系列不同情況下的電流值與實驗結果非常吻合。”
他們的計算和實驗表明，摩擦的核心概念對於靜電的產生至關重要。這稱為彈性剪切，是材料承受滑動應變的能力。當您將兩種材料摩擦在一起時，它們會抵抗運動，從而產生摩擦。這就是為什麼，即使你穿著襪子在光滑的地板上滑行，你最終也會停下來。
當絕緣表面相互摩擦時，主體前部的彈性應變與後部的彈性應變不同。因此，材料正面和背面的電荷和極化也不同，導致兩種不同電荷之間產生電流。
該模型並沒有解釋摩擦電的各個方面，但它似乎確實解決了問題的主要部分。進一步的分析和實驗將幫助科學家弄清楚細節，希望不僅能理解摩擦電，還能找到控制摩擦電的方法。
想要了解靜電有很多充分的理由。它的累積會在製造中造成問題，並且用於風力渦輪機。靜電產生的火花可能會引起火災。靜電可能是我們整個存在的部分原因——被認為是數十億年前粘合我們星球生長的第一粒塵埃的膠水。
“靜電以簡單而深刻的方式影響生活，”馬克斯說。 “令人驚訝的是，我們的生活中有多少部分受到靜電的影響，宇宙中有多少部分依賴靜電。”
該研究發表於奈米字母。
