La plupart des gens ont ressenti cette piqûre en attrapant une poignée de porte après avoir marché sur un tapis ou vu comment un ballon collerait à une surface duveteuse après quelques instants de frottement vigoureux.

Alors que les effets de l'électricité statique fascinent les observateurs occasionnels et les scientifiques depuis des millénaires, certains aspects de la production et du stockage de l'électricité sur les surfaces sont restés un mystère.

Maintenant, les chercheurs ont découvert plus de détails sur la façon dont certains matériaux retiennent une charge même après que deux surfaces se séparent, des informations qui pourraient aider à améliorer les appareils qui exploitent cette énergie comme source d'alimentation.

"Nous savons que l'énergie générée lors de l'électrification par contact est facilement retenue par le matériau sous forme de charges électrostatiques pendant des heures à température ambiante, " a déclaré Zhong Lin Wang, Professeur des Regents à la School of Materials Science and Engineering du Georgia Institute of Technology. "Nos recherches ont montré qu'il existe une barrière potentielle à la surface qui empêche les charges générées de refluer vers le solide d'où elles provenaient ou de s'échapper de la surface après le contact."

Dans leurs recherches, qui a été signalé en mars dans le Matériaux avancés , les chercheurs ont découvert que le transfert d'électrons est le processus dominant pour l'électrification de contact entre deux solides inorganiques et explique certaines des caractéristiques déjà observées à propos de l'électricité statique.

"Il y a eu un débat autour de l'électrification par contact - à savoir, si le transfert de charge se produit par le biais d'électrons ou d'ions et pourquoi les charges restent à la surface sans dissipation rapide, " a dit Wang.

Cela fait huit ans que l'équipe de Wang a publié pour la première fois des recherches sur les nanogénérateurs triboélectriques, qui utilisent des matériaux qui créent une charge électrique lorsqu'ils sont en mouvement et pourraient être conçus pour récupérer l'énergie de diverses sources telles que le vent, courants océaniques ou vibrations sonores.

"Auparavant, nous utilisions simplement des essais et des erreurs pour maximiser cet effet, " dit Wang. " Mais avec cette nouvelle information, nous pouvons concevoir des matériaux qui ont de meilleures performances pour la conversion de puissance."

Les chercheurs ont développé une méthode utilisant un nanogénérateur triboélectrique à l'échelle nanométrique - composé de couches soit de titane et d'oxyde d'aluminium, soit de titane et de dioxyde de silicone - pour aider à quantifier la quantité de charge s'accumulant sur les surfaces pendant les moments de friction.

La méthode était capable de suivre les charges accumulées en temps réel et fonctionnait sur une large gamme de températures, y compris les très hautes. Les données de l'étude ont indiqué que les caractéristiques de l'effet triboélectrique, à savoir, comment les électrons traversaient les barrières, étaient en accord avec la théorie de l'émission thermoionique électronique.

En concevant des nanogénérateurs triboélectriques capables de résister aux tests à haute température, les chercheurs ont également découvert que la température jouait un rôle majeur dans l'effet triboélectrique.

"Nous n'avons jamais réalisé que c'était un phénomène dépendant de la température, " a dit Wang. " Mais nous avons constaté que lorsque la température atteint environ 300 degrés Celsius, le transfert triboélectrique disparaît presque.

Les chercheurs ont testé la capacité des surfaces à maintenir une charge à des températures allant d'environ 80 degrés Celsius à 300 degrés Celsius. Sur la base de leurs données, les chercheurs ont proposé un mécanisme pour expliquer le processus physique dans l'effet de triboélectrification.

« Au fur et à mesure que la température monte, les fluctuations d'énergie des électrons deviennent de plus en plus grandes, " les chercheurs ont écrit. " Ainsi, il est plus facile pour les électrons de sortir du puits de potentiel, et ils retournent à la matière d'où ils viennent ou émettent dans l'air."