靜電新發現：軟Q材料揭示觸控歷史如何影響電荷轉移

當你將氣球在頭髮上摩擦，氣球通常會帶上負電荷，而頭髮則帶正電荷。然而，一項最新研究顯示，物體所帶的電荷可能與其「觸控歷史」有關。科學家發現，物體之前與其他物體接觸的次數，會決定它在再次接觸時帶正電還是負電。這項研究於2月20日發表在《自然》期刊上，為理解靜電現象背後的機制邁出了重要一步。

靜電現象在日常生活中無處不在，但科學家至今仍無法完全解釋電荷轉移的具體過程。從雷暴到植物授粉，靜電現象在許多自然過程中扮演重要角色。然而，奧地利科學與技術研究所（ISTA）的物理學家Scott Waitukaitis坦言：「我們對實際發生的情況一無所知，簡直是超級無知。」

科學家至今仍不清楚物體接觸時，究竟是什麼在材料之間轉移。可能是電子、帶電的離子，或是微小的物質碎片。更令人困惑的是，實驗結果往往難以重現：同一實驗在不同日子或不同實驗室可能會得出不同結果，這使得科學家難以得出明確的結論。

為瞭解決這個問題，Waitukaitis和團隊簡化了實驗條件。他們使用一種柔軟的聚合物材料——聚二甲基矽氧烷（PDMS）進行研究，將不同方塊的PDMS相互接觸，並測量電荷轉移的情況。這種材料的柔軟特性確保了實驗中物體之間的良好接觸。

起初，樣本之間的電荷交換看似隨機。但隨著實驗的進行，研究人員發現了一種規律：一個被多次接觸的樣本在與新樣本接觸時，會帶上負電荷。此外，研究人員還發現這些PDMS樣本形成了所謂的「摩擦電序」，這是一種基於材料在接觸時帶正電或負電的順序排列。雖然摩擦電序通常涉及不同型別的材料，但PDMS樣本之間也形成了自己的摩擦電序，且接觸歷史在其中扮演了關鍵角色。

為了探究背後的原因，研究人員對PDMS樣本進行了詳細分析，發現被多次接觸的樣本在約10奈米的微小尺度上更加光滑。這項發現雖然尚未完全解開靜電之謎，但為過去的實驗結果難以重現提供瞭解釋。凱斯西儲大學的化學工程師Daniel Lacks表示：「這幫助我們理解，為什麼你以為這些材料都一樣，但在奈米結構上卻存在細微差異。這是一個關鍵的發現。」

ISTA的物理學家Juan Carlos Sobarzo是這項實驗的主要執行者，他將這項發現歸功於「偶然與堅持的結合」。當實驗結果不如預期時，他日復一日地重複實驗，直到發現接觸歷史的重要性。Sobarzo表示：「如果我沒有相信自己的直覺，我們可能會錯過接觸歷史的關鍵作用。」看來，Sobarzo的堅持與細心，正是這項突破性發現的關鍵。