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同种材料接触起电现象研究现状(2)

时间:2022-10-20 23:11来源:毕业论文
关于沙粒带电的研究一直没有中断过,1994年Kanagy和Mann[24]对沙粒带电的机理进行了推测,他们认为有七种可能:(1)大气电场对沙粒的极化作用(即极化感应

关于沙粒带电的研究一直没有中断过,1994年Kanagy和Mann[24]对沙粒带电的机理进行了推测,他们认为有七种可能:(1)大气电场对沙粒的极化作用(即极化感应起电);(2)沙尘暴中起初两个不带电的沙粉尘在无规则运动摩擦后都带上了电荷(即摩擦起电);(3)两种不同材料的物质相接触,在离开时会使两者都带电(即接触起电);(4)晶体裂解为多块时,各部分都会带上电荷(即晶格裂解);(5)光子撞击或宇宙射线中的带电离子入射到沙粒的表面(即带电离子吸附);(6)晶体加热后会在晶轴的两端产生异号电荷(即热电效应);(7)晶体受到应力后会在两端积聚电荷(即压电效应)。郑晓静等人结合上述推测[25],认为在把摩擦理解由沙粒间的碰撞引起的前提下,两沙粒粒径不一样就能引起带电。不足的是,虽然郑晓静等人可能给出了沙粒带电的机理,但是到底是因为什么转移而产生了电荷,他们并没有给出结论。

Henry[26]和Lowell[27]等人假设绝缘体表面存在高能态和低能态这两种状态的电子。高能态电子在同一表面不会进行转移,但是不同表面接触时,高能态电子就会转移到另一个表面上。高能态电子能够变成低能态电子,而低能态电子不能进行转移。在1986年,Lowell[28]利用这个理论,解释了球板不对称摩擦的实验现象。Kok在此基础上[29],提出高能态电子向低能态电子转移的规律,并且认为转移只能发生在某一距离之内,当两接触面的不对称接触时,高能态电子的转移就会不对称,从而形成了大颗粒带正电小颗粒带负电的情况。但是Kok重点考虑的是电子转移的距离,Hu[30]证明这种因素在其他因素面前是可以忽略的。Hu考虑面接触的面积差要远远大于电子转移距离产生的面积差,并且按照面接触的面积差计算,得到的结果与Kok的相反。

一直以来高能态电子都被认为是存在的,但是现在的研究并不能确定其存在性。绝缘体的磷光效应和热致发光效应是支持高能态电子存在的现象。Liu and Bard[31]的带电PTFE与溶液的反应也同样支持了高能态电子的存在。但是Piperno等人[32]最近将PTFE和PMMA摩擦带电后与溶液的反应表明存在的不是电子。光谱学分析[33]表明材料表面施加压力后能够产生自由基,2012年Baytekin[34]的两绝缘体摩擦带电的溶液实验表明材料表面存在的是自由基而不是电子。

Hu[35]针对玻璃材料提出了一个假设,即认为玻璃材料表面存在大量的能够捕捉电子的空穴。Hu只考虑了弹性范围内的面积差,对于塑性变形导致的面积差予以忽略,这样的话,不同粒径的两颗粒碰撞时,大球的接触面积要小于小球的接触面积,小球获得的电子就更多,从而出现大颗粒带正电小颗粒带负电的情况。但是对于接触面积,应该和作用力一样对于双方都是一样的,Hu的理论还有待商榷之处。

最新的比较新颖的观点是由Apodaca[36]于2010年提出的。他认为在材料的表面存在两种状态:Donor和Acceptor,只有当一表面的Donor接触到另一个表面的Acceptor时,电荷才能转移,并且由Donor转向Acceptor,转移过的Donor不再进行转移。这种理论解释了为什么不同种材料接触带电量和接触面积成正比而同种材料接触带电量和接触面积的根号成正比,以及接触次数多了之后电量会达到饱和的原因。

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