Исследователи из США заявляют, что заряд, появляющийся при трении двух материалов друг о друга (в том числе и тогда, когда мы гладим кота, или он трется о нас) обусловлен взаимопроникновением крошечных частиц трущихся материалов друг в друга.

Благодаря обнаруженному эффекту может наблюдаться обращение обычной полярности заряда, и материалы, которые при трении обычно приобретают положительный заряд, могут стать отрицательно заряженными и наоборот.

Электризация трущейся поверхности в свое время дала имя термину «электричество» (греч. electron – янтарь, первые эксперименты в области электричества древнегреческие натурфилософы проводили с янтарными палочками и козьей шерстью) и до сих пор используется в наглядно-демонстрационных опытах в школьных кабинетах физики. Эта же самая электризация поверхности вызывает вечную головную боль у химиков, пытающихся составить трибоэлектрические ряды материалов на их склонности к образованию заряда в результате механического воздействия. Как поясняет Бартош Гржибовски (Bartosz Grzybowski) из Северо-западного университета Иллинойса,

анализ литературы позволяет обнаружить огромное количество невоспроизводимых и противоречащих друг другу результатов, даже если речь идет об одинаковых парах материалов.

По словам Гржибовски, за последние несколько лет окончательно прояснилось, что

образование заряда в месте контакта двух материалов в большей степени связано со свойствами поверхности материала, нежели с самим материалом.

Тем не менее, до сих пор не прекращаются дебаты о том, что переносит заряд между различными материалами – электроны, ионы, или же они «работают» совместно. При этом высказывалась и мысль о том, что наноразмерные фрагменты материалов могут переноситься с одной поверхности на другую, привнося таким образом свой собственный заряд.

Рис. 1. Исследователи из США обнаружили, что обмен
материалов наноразмерными фрагментами может менять
полярность всего материала. (Рисунок из Angew. Chem., Int. Ed.,
2012, DOI:10.1002/anie.201200057).

Гржибовски поясняет, что взаимный перенос наноразмерных фрагментов материалов лишь в небольшой степени меняет характеристики образовавшегося на поверхности электрического заряда, тем не менее, исследователи из его группы продемонстрировали то, что

обмен фрагментами способен поменять полярность материалов – поверхность, которая обычно приобретает отрицательный заряд, в результате несколько более интенсивного воздействия может оказаться заряженной отрицательно.

Дэн Лакс (Dan Lacks), специалист по поверхностным зарядам, отмечает, что результаты работы Гржибовкси позволяют говорить о том, что

в процессе трибоэлектризации важны два механизма реализации, и эффект переноса материала нельзя игнорировать. Он полагает, что реализация обменного механизма еще в большей степени осложняет описание процессов электризации поверхность – вне стен лаборатории мы просто не сможем учесть все факторы, влиявшие на поверхность материалов, а, следовательно, и предугадать. Как будет протекать обмен двух объектов наноразмерными частицами.

По словам Гржибовкси ситуация еще сложнее чем кажется – даже способ получения и обработки одного и того же полимера влияют на то, как эти системы заряжаются. Исследователь приводит пример – при изучении тефлоновых бусин от двух различных производителей было обнаружено, что материалы ведут себя принципиально различным образом. Исследователи из Иллинойса уже получили предварительные результаты, демонстрирующие, что ориентация и взаимное расположенное полимерных цепей в значительной степени зависят от заряда поверхности расплава, из которого был получен тот или иной образец полимера. Такой вывод был сделан благодаря применению атомной силовой микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, а также определению физико-механических свойств различных образцов одного и того же материала.