Anyone who has ever pet a cat or shuffled their feet across the carpet knows that rubbing objects together generates static electricity. But an explanation for this phenomenon has eluded researchers for more than two millennia.
任何曾经抚摸过猫或在地毯上拖着脚的人都知道，摩擦物体会产生静电。但两千多年来，研究人员一直无法解释这一现象
现在，西北大学的科学家们终于揭示了其中的机制 研究人员发现，当一个物体滑动时，该物体的前后部分会受到不同的力。这种力的差异导致不同的电荷在物体的前后部分积聚。电荷的差异会产生电流，导致轻微的电击该研究发表在《纳米快报》杂志上
领导这项研究的西北大学的劳伦斯·马克斯说：“我们第一次能够解释一个以前没有人能解释的谜团：为什么摩擦很重要。”“人们已经尝试过，但如果不做出不合理或不正当的假设，他们就无法解释实验结果。我们现在可以，答案出奇地简单。只要在滑动物体的前后有不同的变形，因此有不同的电荷，就会产生电流。”
Marks是表面结构专家，是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程荣誉退休教授。Marks研究小组的博士生Karl Olson是该论文的第一作者
希腊哲学家米利都的泰勒斯在公元前600年首次报道了摩擦引起的静电。在用皮毛摩擦琥珀后，他注意到皮毛会吸引灰尘 Marks说：“从那时起，很明显，摩擦会在所有绝缘体中引起静电，而不仅仅是皮毛。”。“然而，这或多或少是科学共识结束的地方。”Marks和他的团队在2019年开始解开这个谜团。在《物理评论快报》发表的一项研究中，他们报告说，将两种材料摩擦在一起会弯曲这些材料表面上的微小突起。研究人员发现，这些弯曲变形的突起会产生电压“2019年，我们有了正在发生的事情的种子。然而，就像所有的种子一样，它需要时间来生长，”Marks说。“现在，它已经蓬勃发展。我们开发了一种计算电流的新模型。一系列不同情况下的电流值与实验结果非常一致。”
一个称为“弹性剪切”的概念是新模型的核心。当材料抵抗滑动力时，可能会发生弹性剪切。如果一个人把盘子推过桌子，盘子就会滑动。一旦这个人停止推它，盘子就停止了移动。这种由滑动阻力引起的额外摩擦会导致电荷移动
“滑动和剪切是紧密相连的，”Marks说虽然静电会导致有趣的事故，比如从操场滑梯上滑下来后头发会竖起来，但它也会导致严重的问题。例如，静电产生的火花会导致工业火灾甚至爆炸。它还可能阻碍粉末药物的一致剂量。随着对机制的更好理解，研究人员可能会为这些问题引入新的解决方案
“静电以简单和深刻的方式影响生活，”Marks说。“用静电给谷物充电对咖啡豆的研磨和味道有重大影响。如果没有形成行星的粒子聚集的关键步骤，地球可能就不是一个行星，这是由于谷物碰撞产生的静电造成的。令人惊讶的是，我们的生活中有多少受到静电的影响，宇宙中有多少依赖于静电。”