Ricercatori della RMIT University e dell’Università di Melbourne hanno scoperto che l’acqua, quando si muove su una superficie, genera una carica elettrica fino a 10 volte superiore a quella precedentemente conosciuta.
Gli studiosi hanno osservato che quando una goccia d’acqua si blocca su una piccola protuberanza o su un punto ruvido, la forza si accumula fino a “saltare o scivolare” oltre l’ostacolo, creando una carica irreversibile che non era mai stata segnalata prima.
“In precedenza, gli scienziati avevano capito che questo fenomeno si verificava quando il liquido lasciava una superficie, che passava da bagnata a secca”, ha dichiarato Peter Sherrell, la cui ricerca presso la School of Science dell’RMIT è specializzata nella cattura e nell’utilizzo dell’energia ambientale.
“In questo lavoro abbiamo dimostrato che la carica può essere creata quando il liquido entra per la prima volta in contatto con la superficie, quando passa da asciutto a bagnato, ed è 10 volte più forte della carica da bagnato a asciutto”.
Il team ha misurato la carica elettrica e le aree di contatto create dalle gocce d’acqua che si diffondono e si contraggono su una lastra piatta del materiale utilizzato per il Teflon, il politetrafluoroetilene (PTFE).
Shuaijia Chen, primo autore e dottorando dell’Università di Melbourne, ha dichiarato che la prima volta che l’acqua ha toccato la superficie ha creato il più grande cambiamento di carica, da 0 a 4,1 nanocoulomb (nC). La carica ha oscillato tra circa 3,2 e 4,1 nC man mano che l’interazione acqua-superficie si alternava tra fasi umide e secche.
“Per mettere le cose in prospettiva, la quantità di carica elettrica che l’acqua ha prodotto muovendosi sulla superficie del PTFE è stata più di un milione di volte inferiore alla scossa statica che si potrebbe ricevere da qualcuno che salta accanto a noi su un trampolino”, ha detto Chen.
“Questa quantità di carica può sembrare insignificante, ma questa scoperta potrebbe portare a innovazioni in grado di migliorare o inibire la carica creata nelle interazioni liquido-superficie in una serie di applicazioni reali”.
Gli studiosi hanno affermato che la nuova comprensione del movimento “stick-slip” dell’acqua su una superficie apre la strada alla progettazione di superfici con elettrificazione controllata, con potenziali applicazioni che vanno dal miglioramento della sicurezza nei sistemi di contenimento del carburante ai progressi nell’immagazzinamento dell’energia e nella velocità di ricarica.
Sherrell ha detto che il team intende ora studiare il fenomeno dello stick-slip con altri tipi di liquidi e superfici, aggiungendo che l’impatto di questa ricerca dipende dallo sviluppo di tecnologie commerciali con potenziali partner industriali.
“La quantità e il tasso di carica in altre interazioni tra liquidi e materiali di superficie possono essere rilevanti per una serie di potenziali applicazioni commerciali”, ha aggiunto.
“Abbiamo in programma di studiare in che modo il movimento stick-slip può influire sulla progettazione della sicurezza dei sistemi di movimentazione dei fluidi, come quelli utilizzati per immagazzinare e trasportare ammoniaca e idrogeno, nonché i metodi per recuperare l’elettricità e accelerare la carica dal movimento dei liquidi nei dispositivi di accumulo dell’energia”.
Lo studio, “Irreversible charging caused by energy dissipation from depinning of droplets on polymer surfaces”, è pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters.
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