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科学家们发现，水在表面运动时产生的电荷比以前认为的要多得多，特别是当水粘住微小障碍物并滑过时。这一新发现可能会彻底改变表面设计，从而实现更安全的燃料存储、更好的能源存储以及更快的充电技术。
皇家墨尔本理工大学（RMIT University）和墨尔本大学（University of Melbourne）的研究人员发现，水在表面移动时产生的电荷比以前想象的要强 10 倍。
由 Joe Berry 博士、Peter Sherrell 博士和 Amanda Ellis 教授领导的研究小组发现，当水滴遇到表面上的微小凹凸或粗糙点时，水滴会积聚力量，直到突然"跳跃"或"滑过"障碍物。 这种运动会产生持久的电荷，这是科学家们以前从未观察到的。
对水的"粘滑"运动的这一新认识为设计可控制电气化的表面打开了大门。 潜在的应用包括提高燃料储存的安全性、增强能量储存和提高充电效率。
研究小组测量了水滴在特氟龙平板上扩散和收缩时产生的电荷和接触面积，有效模拟了水滴在表面上的运动。 资料来源：皇家墨尔本理工大学 Peter Clarke
谢瑞尔在皇家墨尔本理工大学科学学院的研究主要是捕捉和利用环境中的电能，他说："大多数人会观察到雨水从窗户或汽车挡风玻璃上胡乱滴落，但却不知道雨水会产生微弱的电荷。以前，科学家们认为这种现象发生在液体离开表面时，即由湿变干。在这项工作中，我们已经证明，当液体第一次接触表面，即从干到湿时，就会产生电荷，其强度是湿到干电荷的 10 倍。重要的是，这种电荷不会消失。 我们的研究没有准确地指出这种电荷的位置，但清楚地表明，它是在界面上产生的，并可能在液滴在表面上移动时保留在液滴中。"
墨尔本大学化学工程系流体动力学专家贝里说："在我们开始采用向净零过渡所需的新型可再生易燃燃料时，了解液体在表面流动过程中如何以及为什么会产生电荷非常重要。在装有易燃液体的燃料容器内发生电击是非常危险的，因此在液体移动后，需要安全地释放固体表面上积聚的电荷。目前，对于现有燃料，可以通过限制流量、使用添加剂或其他措施来减少电荷积聚，但这对新型燃料可能无效。 这些知识可以帮助我们设计出可以减少新型燃料中电荷的涂层。"他是墨尔本大学化学工程系的流体动力学专家。"
研究小组在这项发表于Physical Review Letters的研究中利用水和聚四氟乙烯（PTFE）中使用的材料研究了这种充电效应。
聚四氟乙烯是一种常用于管道和其他流体处理材料的塑料，但它不导电，这意味着所产生的电荷无法被安全或轻松地去除。
研究小组测量了水滴在特氟龙平板上扩散和收缩时产生的电荷和接触面积，有效地模拟了水滴在表面上的运动，然后使用专用相机捕捉水滴粘附和滑动的单个画面，同时测量电荷的变化。
贝里说："作为墨尔本大学课程的一部分，我们很幸运地请到了三位出色的化学工程硕士生帮助建立和运行我们的实验。"
乔-贝里博士、彼得-谢瑞尔博士和博士生陈帅佳在皇家墨尔本理工大学的实验室里。 图片来源：皇家墨尔本理工大学，彼得-克拉克
第一作者、墨尔本大学博士生 Shuaijia Chen 说，水第一次接触表面时产生的电荷变化最大，从 0 到 4.1 纳库仑（nC）。
随着水与表面的相互作用在湿相和干相之间交替，电荷在大约3.2至4.1毫微安之间摆动。
陈说："从这个角度来看，水在聚四氟乙烯表面移动时产生的电荷量，比你在蹦床上跳到旁边的人可能产生的静电冲击小一百万倍还多。这个电荷量听起来可能微不足道，但这一发现可能会带来创新，在一系列实际应用中增强或抑制液体表面相互作用产生的电荷"。
该团队表示，这项研究的影响力有赖于与未来的行业合作伙伴共同开发商业技术。
研究人员计划对其他类型液体和表面的粘滑现象进行研究。
"其他液体和表面材料相互作用中的电荷量和电荷速率可能与一系列潜在的商业应用有关，"Sherrell 说。"我们计划研究粘滑运动在哪些方面会影响流体处理系统的安全设计，例如用于储存和运输氨气和氢气的系统，以及从储能装置中的液体运动中回收电能和加速充电的方法。"
编译自/ScitechDaily
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