Khi bạn cọ xát một quả bóng bay lên tóc, quả bóng thường mang điện tích âm, trong khi tóc của bạn trở nên dương. Nhưng một nghiên cứu mới công bố trên Tạp chí Nature cho thấy rằng điện tích mà một vật thể nhận được có thể phụ thuộc vào lịch sử của nó. Số lần một vật thể đã tiếp xúc với vật khác trước đó quyết định liệu vật thể đó có trở nên âm hay dương khi được chạm lại lần nữa.
Nghiên cứu này có thể là một bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ hơn các hiện tượng liên quan đến tĩnh điện, trong đó điện tích tích tụ trên các vật liệu sau khi chúng bị cọ xát hoặc chạm vào nhau. Mặc dù tĩnh điện là hiện tượng hằng ngày, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ cách thức chuyển giao điện tích. Hiện tượng này quan trọng đối với nhiều sự việc, từ các trận bão sét cho đến quá trình thụ phấn của cây trồng. Tuy nhiên, như nhà vật lý Scott Waitukaitis của Viện Khoa học và Công nghệ Áo (ISTA) cho biết, chúng ta hoàn toàn mù mờ, thực sự mù mờ về những gì thực sự đang diễn ra.
Các nhà khoa học không biết chính xác điều gì được chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác khi chúng tiếp xúc. Có thể đó là các electron, các nguyên tử mang điện gọi là ion hoặc các phần nhỏ của vật liệu. Thậm chí, việc tái hiện các thí nghiệm cũng gặp khó khăn: Cùng một thí nghiệm có thể cho kết quả khác nhau vào các ngày khác nhau hoặc tại các phòng thí nghiệm khác nhau. Điều này làm cho việc đưa ra các kết luận rõ ràng trở nên khó khăn.
Do đó, Scott Waitukaitis và các đồng nghiệp đã đơn giản hóa mọi thứ. Họ nghiên cứu điện tích trong các thí nghiệm với một loại vật liệu duy nhất, một loại polymer đàn hồi gọi là polydimethylsiloxane, hay PDMS. Họ chạm các ô vuông khác nhau của vật liệu này với nhau và đo điện tích được chuyển giao. Tính đàn hồi của vật liệu giúp đảm bảo rằng hai vật thể tiếp xúc tốt với nhau trong các thí nghiệm. Nghiên cứu này có thể đóng vai trò làm sáng tỏ các hiện tượng tĩnh điện, không chỉ giúp cải thiện hiểu biết về sự truyền tải điện tích mà còn có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như bảo vệ chống lại sự tích tụ tĩnh điện trong các thiết bị điện tử, cải thiện hiệu quả của các quá trình sản xuất công nghiệp và thậm chí là trong các biện pháp bảo vệ môi trường. Các phát hiện từ nghiên cứu này có thể mở ra những hướng đi mới trong việc tìm hiểu về các hiện tượng điện tích và làm sáng tỏ nhiều bí ẩn mà các nhà khoa học phải đối mặt trong nhiều thập kỷ.
Ban đầu, các mẫu dường như trao đổi điện tích một cách ngẫu nhiên. Nhưng cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một mô hình. Một mẫu đã tiếp xúc với các mẫu khác nhiều lần sẽ mang điện âm khi chạm vào một mẫu mới. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng, các mẫu hình thành cái gọi là chuỗi triboelectric. Đây là một sự sắp xếp dựa trên việc vật liệu nào trong cặp lấy điện tích âm và vật liệu nào lấy điện tích dương khi chạm vào. Ví dụ, một quả bóng bay thường nhận điện tích âm khi chạm vào tóc của bạn. Nhưng một quả bóng bay chạm vào Teflon sẽ nhận điện tích dương. Chuỗi triboelectric thường liên quan đến các loại vật liệu khác nhau, nhưng các khối PDMS khác nhau cũng hình thành chuỗi của riêng chúng. Lịch sử tiếp xúc cũng quan trọng ở đây. Chuỗi triboelectric hình thành sau khi các mẫu đã tiếp xúc nhiều lần trước đó. Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra chi tiết các mẫu PDMS để xác định nguyên nhân gây ra hiệu ứng này. Họ phát hiện ra rằng, các mẫu đã được chạm nhiều lần trở nên mịn hơn ở các khoảng cách rất nhỏ (khoảng 10 nanomet). Điều này có ý nghĩa gì đối với những bí ẩn của tĩnh điện vẫn chưa rõ ràng. Nhưng kết quả này làm sáng tỏ nguồn gốc của một số sự nhầm lẫn, giúp hiểu rõ hơn về sự không tái hiện trước đây. Có những vật liệu mà bạn nghĩ là giống nhau nhưng sẽ có những khác biệt nhỏ trong cấu trúc nano, Daniel Lacks, kỹ sư hóa học tại Đại học Case Western Reserve (Hoa Kỳ) cho biết.
Phát hiện này là sự kết hợp giữa sự tình cờ và sự cứng đầu tuyệt đối từ phía tôi, Juan Carlos Sobarzo, nhà vật lý thuộc ISTA và là người thực hiện các thí nghiệm cho biết. Khi các thí nghiệm không hoạt động như mong đợi, ông đã thử lại chúng, ngày này qua ngày khác, cho đến khi chúng hoạt động. Điều đó giúp các nhà nghiên cứu nhận ra rằng chính sự lặp lại là chìa khóa để tạo ra chuỗi triboelectric, vì các mẫu phải được chạm nhiều lần.
NMK (theo Sciencenews)