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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.
A maioria das pessoas já tirou grumos de uma batedeira de proteína, ou perseguiu um aglomerado a flutuar numa caneca de leite com chocolate. A eletricidade estática é um dos prováveis culpados. Uma equipa da RMIT University e da Universidade Técnica de Riga, na Letónia, demonstrou agora, em laboratório, que a estática deixada numa superfície pode ser controlada. O estudo, publicado na Nature Communications, concluiu que aplicar um campo elétrico enquanto duas superfícies se tocam e depois se separam define quanta carga fica para trás, se essa carga é positiva ou negativa, ou se é totalmente eliminada.
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.
A estática é normalmente algo que as fábricas combatem. A indústria recorre frequentemente a aditivos condutores caros, como solução única para todos os casos, e o custo das descargas estáticas é de cerca de 5 mil milhões de dólares americanos só na indústria eletrónica. A abordagem da equipa funciona de forma diferente: ajusta a carga em vez de a suprimir em toda a parte. Nas experiências, películas de poliestireno, um plástico, foram comprimidas e separadas 500 vezes enquanto se aplicavam campos externos. Campos mais fortes deixaram mais carga, e inverter o campo inverteu a carga. O mesmo comportamento surgiu em todos os plásticos testados.
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.
O trabalho toca também numa questão antiga: o que faz com que a carga se separe quando dois materiais se tocam e depois se afastam? As simulações informáticas mostraram que os campos aplicados pela equipa têm uma intensidade semelhante à dos criados naturalmente quando superfícies rugosas de plástico se comprimem. Isso apoia a ideia de que pequenos campos elétricos intrínsecos ajudam a impulsionar a separação de carga na eletricidade estática do quotidiano.
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.
Os autores apontam, entre as possíveis utilizações, superfícies antiestáticas para a fabricação e o processamento de componentes eletrónicos, o controlo de onde ficam aderidas as partículas ou os plásticos carregados, sensores mais inteligentes e filtros inteligentes de ar e de gases. Num exemplo, uma correia transportadora que separa sementes poderia ter o campo elétrico ajustado a cada espécie, para que nenhuma semente levasse um choque. A equipa pretende testar a abordagem em pós reais e estudar superfícies programáveis em escalas muito mais pequenas. A sua candidatura de financiamento atual, com parceiros industriais, visa os combustíveis, em que a remoção de aditivos antiestáticos, ao ajustar as superfícies com que estão em contacto, poderia tornar o combustível mais eficiente em termos energéticos. A equipa não anunciou qualquer calendário para nenhuma destas utilizações. Sherrell afirma que o próximo passo é descobrir qual deve ser a intensidade do campo, durante quanto tempo deve ser aplicado a cada pó e em que ponto do processo funciona melhor.
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.
As limitações são claras. Os pós alimentares, como a proteína, os aditivos para bebidas de malte e o café, não foram testados; a equipa usou plásticos e afirma que os seus resultados indicam como a abordagem poderia aplicar-se aos alimentos. A carga foi definida pela aplicação de um campo durante o contacto e medida depois. Ainda não foi demonstrado o ajuste da carga em tempo real, como exigiria uma correia transportadora. As simulações recorrem a um modelo simplificado, e a abordagem não foi testada em equipamento industrial.