Statická elektřina působí jako známá drobnost: svetr praskne při svlékání, vlasy se lepí na balónek, po chůzi po koberci přeskočí jiskra na klice. Přesto fyzikové stále nemají úplné vysvětlení, proč si dva dotýkající se izolanty předávají elektrický náboj právě určitým směrem. Zvlášť podivné je, že náboj mohou po kontaktu získat i předměty z téhož materiálu. Nový experiment ukázal, že rozhodující nemusí být jen složení povrchu, ale také jeho minulost.
Výzkumníci z Institute of Science and Technology Austria vyrobili osm stejných čtverečků z polydimethylsiloxanu neboli PDMS. Jde o měkký silikonový polymer, známý například z některých těsnění, forem a laboratorních pomůcek. Všechny vzorky vyřízli z jednoho vytvrzeného kusu materiálu, aby se co nejvíce omezily rozdíly v chemickém složení. Každý měl stranu 1 cm a tloušťku 3 mm.
Pak dvojice vzorků opakovaně tiskli k sobě stejnou silou, oddělovali je a měřili, jaký náboj si vyměnily. Tomuto jevu se říká kontaktní elektrizace: dva původně elektricky neutrální předměty se po dotyku a oddělení nabijí opačně. U kovů je přenos náboje poměrně dobře popsaný, ale u izolantů zůstává mechanismus sporný. Ještě obtížnější je vysvětlit, proč se někdy opačně nabijí dvě zdánlivě stejné plastové plochy.
Na začátku se výsledky chovaly chaoticky. Mezi různými dvojicemi se objevovaly i rozpory: jeden vzorek se vůči druhému nabíjel kladně, druhý vůči třetímu také kladně, ale při přímém kontaktu prvního a třetího se pořadí neřídilo jednoduchou logikou. Takové cykly odporují představě, že by každý materiál měl neměnnou pozici v takzvané triboelektrické řadě, tedy seznamu látek seřazených podle sklonu získávat kladný nebo záporný náboj.
Po několika dnech opakovaných měření se ale obraz změnil. Osm původně stejných silikonových čtverečků se samo uspořádalo do stabilní řady: každý z nich se při kontaktu s některými ostatními nabíjel předvídatelněji než dříve. Podle studie zveřejněné v časopise Nature se ukázalo, že vzorek s větším počtem předchozích kontaktů měl sklon nabíjet se záporněji než vzorek, který se dotýkal jiných ploch méně často.
Dotyk jako nenápadná úprava povrchu
Badatelé tuto závislost záměrně využili. Některé vzorky nechávali postupovat sérií kontaktů rychleji než jiné a tím mezi nimi vytvářeli rozdílnou „kontaktní historii“. Dokázali tak vynutit vznik triboelektrické řady ve zvoleném pořadí. Neznamená to, že by plast ukládal vzpomínku podobně jako živý organismus. Každý dotyk však zřejmě zanechá na povrchu drobnou fyzikální stopu, která ovlivní následující výměnu náboje.
Autoři hledali chemické i strukturální změny povrchů několika citlivými metodami. Jasný důkaz změněného chemického složení nenašli. Zachytili však náznaky změn topografie v nanometrovém měřítku, tedy v rozměrech miliardtin metru. Závěr proto zůstává opatrný: výsledky ukazují na mechanismus úzce spojený s mechanikou kontaktu, ale přesný nositel náboje ani úplný sled dějů zatím známý není.
Zjištění je zajímavé právě tím, že koriguje běžnou představu o materiálové vlastnosti. U izolantů nemusí být elektrické chování dáno jen tím, zda jde o silikon, sklo či plast. Záležet může i na tom, co se s konkrétním kusem dělo předtím. Nevyzpytatelnost statické elektřiny tak nemusí být jen chybou měření nebo nečistotami v laboratoři; část zdánlivého chaosu může vznikat prostě proto, že povrchy mají odlišnou historii dotyků.
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.