人类终于在2600年后破解静电之迷

在滑梯上摩擦产生的静电会让头发竖立。（Chris Darling/CC By SA-2.0）

静电的首次记录可追溯至公元前600年。尽管经历了2,600多年的不断探索，研究人员仍无法完全解释为何摩擦两个物体会导致静电的产生。近日，美国西北大学团队的最新研究终于为这一谜团找到了解答。这篇于9月17日发表在《纳米快报》（Nano Letters）期刊上的研究论文称，答案“惊人地简单”，这一切都与物体表面上的纳米层级的小缺陷有关。

“人们曾经尝试过，但都无法不做出不合理的假设而解释实验结果，”材料科学与工程学的名誉教授Lawrence Marks在9月18日表示，“我们现在可以……仅仅因为滑动物体的前边和后边有不同的形变，就可以使其有不同的电荷，从而导致电流的产生。”

Marks和他的同事们早在2019年就开始研究静电的特性，当时他们发现摩擦两种材料会使每个物体表面上微小的不平坦产生变化，这种运动会产生电压。随后，该团队基于一个称为“弹性剪切”的概念，创建了一个新的模型，这种弹性剪切现象发生在物体抵抗滑动力的过程中。一旦在纳米级变形的任一侧积累了摩擦，电荷的差异就可以产生电流，并引发电击。

“我们开发了一个新的模型来计算电流。不同情况下的电流值与实验结果相符，”Marks说。

Marks指出，虽然大多数人将静电与让头发竖立的实验或在摩擦宠物毛发后触摸门把手等演示联系在一起，但电荷对世界产生的巨大影响实际上远远超出这些。例如，咖啡研磨机的带电颗粒会改变豆子的风味。静电电击也可能引发严重问题，例如粉状药物剂量的复杂性和工业火灾。例如，大多数专家认为，兴登堡悲剧（Hindenburg tragedy）可能与静电引发的火灾有关。通过更好地理解相关机制，各行各业的专家可以帮助使他们的产品效用更好，并改善工作条件的安全性。

“如果没有碰撞粒子间所产生的静电，地球可能不会成为一个行星，因为这一过程促成了行星的形成，”Marks解释道，“静电对我们生活的影响有多么深远，以及宇宙有多么依赖它，真是令人惊讶。”而现在，经过数千年，这一关键现象终于有了确切的解释。