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Most people have chipped lumps out of a protein shaker, or chased a floating clump around a mug of chocolate milk. Static electricity is one of the likely culprits. A team from RMIT University and Riga Technical University in Latvia has now shown, in the lab, that the static left on a surface can be controlled. Their study, published in Nature Communications, found that applying an electric field while two surfaces touch and then pull apart sets how much charge stays behind, whether that charge is positive or negative, or removes it altogether.
La maggior parte delle persone ha staccato grumi da uno shaker per proteine, o inseguito un grumo che galleggia in una tazza di latte al cioccolato. L'elettricità statica è uno dei probabili colpevoli. Un team della RMIT University e della Riga Technical University in Lettonia ha ora dimostrato in laboratorio che la statica lasciata su una superficie può essere controllata. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, ha rilevato che applicare un campo elettrico mentre due superfici si toccano e poi si separano determina quanta carica resta, se tale carica è positiva o negativa, oppure se viene eliminata del tutto.
Static is usually something factories fight. Industry often adds expensive conductive additives as a one-size-fits-all fix, and the cost of static discharge is about US$5 billion in the electronics industry alone. The team's approach works differently: it tunes the charge rather than suppressing it everywhere. In the experiments, polystyrene films, a plastic, were pressed together and pulled apart 500 times while external fields were applied. Stronger fields left more charge, and reversing the field reversed the charge. The same behavior appeared in all the plastics tested.
La statica è di solito un problema che le fabbriche combattono. L'industria ricorre spesso a costosi additivi conduttivi, come soluzione valida per tutti i casi, e il costo delle scariche statiche supera da solo i 5 miliardi di dollari USA nel settore elettronico. L'approccio del team funziona in modo diverso: regola la carica invece di sopprimerla ovunque. Negli esperimenti, film di polistirene, una plastica, sono stati premuti insieme e separati 500 volte mentre venivano applicati campi esterni. Campi più intensi lasciavano più carica, e invertire il campo invertiva la carica. Lo stesso comportamento è comparso in tutte le plastiche testate.
The work also touches an old question: what makes charge separate when two materials touch and pull apart? Computer simulations showed that the fields the team applied were similar in strength to those created naturally when rough plastic surfaces press together. That supports the idea that tiny built-in electric fields help drive the separation of charge in everyday static electricity.
Il lavoro tocca anche una vecchia questione: che cosa fa sì che la carica si separi quando due materiali si toccano e si staccano? Le simulazioni al computer hanno mostrato che i campi applicati dal team avevano un'intensità simile a quella generata naturalmente quando superfici plastiche ruvide si premono l'una contro l'altra. Ciò sostiene l'idea che minuscoli campi elettrici interni contribuiscano a guidare la separazione della carica nell'elettricità statica quotidiana.
The authors list antistatic surfaces for manufacturing and electronics processing, control over where charged particles or plastics stick, smarter sensors and smart air and gas filters among possible uses. In one example, a conveyor belt sorting seeds could have its electric field adjusted to each species, so no seed gets a shock. The team plans to test the approach on real powders and to study programmable surfaces at much smaller scales. Its current grant application with industry partners targets fuels, where removing antistatic additives by tuning the surfaces they touch could make fuel more energy efficient. The team has announced no timetable for any of these uses. Sherrell says the next step is to find out how strong the field needs to be, how long to apply it to each powder, and where in the process it works best.
Gli autori indicano tra le possibili applicazioni le superfici antistatiche per la produzione e la lavorazione elettronica, il controllo dei punti in cui particelle cariche o plastiche aderiscono, sensori più intelligenti e filtri d'aria e di gas intelligenti. In un esempio, un nastro trasportatore che seleziona semi potrebbe avere il proprio campo elettrico regolato per ciascuna specie, in modo che nessun seme riceva una scossa. Il team prevede di testare l'approccio su polveri reali e di studiare superfici programmabili su scale molto più piccole. La sua attuale domanda di finanziamento, presentata con partner industriali, riguarda i carburanti: rimuovere gli additivi antistatici regolando le superfici con cui vengono a contatto potrebbe rendere il carburante più efficiente dal punto di vista energetico. Il team non ha annunciato alcuna tempistica per nessuno di questi usi. Sherrell afferma che il passo successivo è capire quanto intenso debba essere il campo, per quanto tempo applicarlo a ciascuna polvere e in quale fase del processo funzioni meglio.
The limits are clear. Food powders such as protein, malt drink additives and coffee were not tested; the team used plastics and says its findings indicate how the approach could apply to food. The charge was set by applying a field during contact and measured afterward. Switching the charge live, as a conveyor would require, has not been demonstrated. The simulations use a simplified model, and the approach has not been tested on industrial equipment.
I limiti sono chiari. Le polveri alimentari, come le proteine, gli additivi per bevande al malto e il caffè, non sono state testate; il team ha usato plastiche e afferma che i suoi risultati indicano come l'approccio potrebbe applicarsi agli alimenti. La carica è stata impostata applicando un campo durante il contatto e misurata successivamente. Non è stato dimostrato il cambio della carica in tempo reale, come richiederebbe un nastro trasportatore. Le simulazioni usano un modello semplificato, e l'approccio non è stato testato su attrezzature industriali.