Loading the DICE: Dynamik der Ionenkontaktelektrifizierung

Kontaktelektrisierung klingt kompliziert, ist aber eigentlich ein sehr einfaches Phänomen. Jeder kennt das: Reibt man einen Luftballon an den Haaren, sträuben sich diese. Das liegt an der Ladungsübertragung zwischen den Materialien (Haar und Ballon). Die Haare laden sich gleichartig auf, sodass sie sich gegenseitig abstoßen das Ergebnis ist eine zerzauste Frisur. Obwohl der Ladungstransfer bei Kontakt (Kontaktelektrisierung) einfach erscheint, ist er noch nicht vollständig erforscht. Seit 2600 Jahren wird über den Mechanismus spekuliert, doch ein eindeutiges Verständnis des gesamten Prozesses konnte bisher nicht bewiesen werden. In dieser Zeit wurden einige Durchbrüche erzielt, insbesondere hinsichtlich der möglichen Ladungsträger. Es handelt sich dabei entweder um Elektronen (negativ geladene subatomare Teilchen), Ionen (Atome mit einem ungleichen Verhältnis von Protonen und Elektronen, die dadurch eine Nettoladung aufweisen) oder um sehr kleine Materialpartikel, die von einer Oberfläche auf eine andere übertragen werden und so einen Ladungseffekt hervorrufen können. Experimentell wurde zudem nachgewiesen, dass Ladungstransfer zwischen zwei Metallen durch Elektronentransfer erfolgt. Die Vorgänge zwischen nichtleitenden Materialien sind noch nicht vollständig geklärt. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, den Ladungstransferprozess besser zu verstehen, indem insbesondere untersucht wird, wie Ionentransfer bei der Kontaktelektrifizierung stattfindet. Dies wird durch die Anpassung der Materialauswahl an die von Ionomeren erreicht. Diese Materialien besitzen eine Oberfläche aus fixierten Ladungsgruppen, die mit einer separaten, mobilen Ionengruppe assoziiert sind. Diese mobile Ionengruppe kann sich bei Kontakt zwischen Oberflächen bewegen, was zu einem messbaren Ladungstransfer führt. Dieser Prozess wurde bereits im Bereich der Kontaktelektrifizierung demonstriert, und wir beabsichtigen, ihn durch die systematische Untersuchung folgender Punkte zu erweitern: 1) Wie beeinflussen die spezifischen Wechselwirkungen zwischen fixierten und mobilen Ionen den Ladungstransfer? 2) Wie wandern Ionen grundsätzlich von einer Oberfläche zur anderen? 3) Lässt sich das Ausmaß des Ladungstransfers durch strukturierte Oberflächendomänen steuern? Wir hoffen, durch die Untersuchung eines der drei möglichen Ladungsträger bei der Kontaktelektrifizierung einen Beitrag zum Forschungsfeld der Kontaktelektrifizierung zu leisten. Obwohl dieser Ansatz nicht alle Fragen der Kontaktelektrifizierung beantwortet, ermöglicht er uns ein umfassenderes Verständnis der Mechanismen des Ionentransfers während des Kontakts und somit ein vollständigeres Bild des Phänomens.