Wasser verstärkt statische Aufladung

Jan Oliver Löfken

Vergrößerte Aufnahme zweier Oberflächen, links gebirgsähnliche Strukturen, die sich rechts in eine Richtung ausrichten

Isaac A. Harris et al./PRM/APS

Reibt man einen Luftballon über Haare, laden sich die Haare elektrostatisch auf und stehen in alle Richtungen. Diese Reibungselektrizität tritt auch zwischen bestimmten Kunststoffen auf, wenn sich diese nur kurz berühren. Physiker haben nun gezeigt, dass Wasser eine zentrale Rolle bei dieser bislang nicht im Detail verstandenen Form der elektrostatischen Aufladung spielt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Physical Review Materials“ berichten, wird der Austausch von elektrischen Ladungen durch eine höhere Feuchtigkeit verstärkt.

In ihren Experimenten benetzten Heinrich Jaeger von der University of Chicago und seine Kollegen zwei Kunststoffstücke – eines aus Teflon und eines aus Nylon – mit Wasser. Nylon ist deutlich hydrophiler – also wasserliebender – als Teflon. In einem nächsten Schritt spannten die Forscher die Stücke von der Größe einer Briefmarke in eine Apparatur, mit der sich ein kurzer Kontakt zwischen den beiden Materialien herstellen ließ. Diesen Versuch führten sie bei unterschiedlichen Temperaturen durch und bestimmten nach jedem Kontakt die elektrostatische Aufladung. Bei Raumtemperatur nahm die negative Aufladung des Teflonstücks erst exponentiell zu, doch nach mehreren Kontakten nur noch linear. Erwärmt auf 80 Grad Celsius zeigte das Teflonstück ein ähnliches Verhalten – allerdings fand nach viel weniger Kontakten nur noch eine lineare Zunahme statt.

Für dieses Verhalten machen die Forscher eine geringere Feuchtigkeit verantwortlich. Denn die Feuchtigkeit auf den Kunststoffstücken nahm bei höheren Temperaturen ab, da das Wasser teilweise verdampfte. Bei Raumtemperatur transportierten selbst geringe Wassermengen die elektrischen Ladungen vom hydrophilen Nylon auf das hydrophobe Teflon. Waren die Kunststoffstücke bei höherer Temperatur trockener, sammelten sich weniger elektrische Ladungen auf dem Teflonstück an. Aufbauend auf dieser Erkenntnis ließen sich verschiedene Maßnahmen entwickeln, um statische Aufladungen etwa in Produktionsprozessen besser zu verhindern. Eine einfache Methode wäre es beispielweise, die Luftfeuchtigkeit in Fabriken drastisch zu senken.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/materie/news/2019/wasser-verstaerkt-statische-aufladung/