Strain‐Induced Reversal of Charge Transfer in Contact Electrification

Sow, Mamadou; Widenor, Ross; Kumar, Ajay; Lee, Seung Whan; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan

doi:10.1002/ange.201107256

Cited by 14 publications

(8 citation statements)

References 27 publications

(25 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…However, we can see that when the mechanical strain is increased, the contributions from these dipoles (1 kHz) decrease dramatically (indicated by the transition from zone D to zone C in Figure a). Sow et al demonstrated that mechanical strain can change the magnitude or even the direction of charge transfer between surfaces. Additionally, the MWS polarization is highly dependent on the morphology of the filler network which is also modified by the application of strain .…”

Section: Results and Discussionmentioning

confidence: 99%

“…Such interphase polymer is found to be highly dependent on the filler size and dispersion which clearly varies from case to case. ,, Third, charge transfer between filler–polymer interfaces can generate surface dipoles and form an electrical double layer. ,, This charge transfer or charge distribution may come from the differences in the degree of alignment of Fermi levels of the components but highly depends on the type of contact . Moreover this behavior becomes rather complex as recently it has been shown to also depend on mechanical strain . Fourthly, charges (space charges) will gather on the interface when the current density varies from one phase to another phase.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Strain-Dependent Dielectric Behavior of Carbon Black Reinforced Natural Rubber

Huang¹,

Tunnicliffe²,

Zhuang

et al. 2016

Macromolecules

View full text Add to dashboard Cite

The nature of filler−polymer and filler−filler interactions in rubber composites under strain remains an open question in soft matter physics. These interactions are key to explaining the rich variety of complex behavior exhibited by particle-filled rubber products. In this paper we demonstrate a simultaneous dielectric/dynamic mechanical analysis technique (SDMS) which provides new insights into the structure−property relationships of filled rubbers. The complex permittivity of carbon black filled natural rubber has been characterized under a simultaneous tensile strain field (from 0.1% to 50%). The complex permittivity exhibits a dramatic nonlinear dependence on strain coupled with features which are analogous to mechanical strain softening and strain history, namely the "Payne" and "Mullins" effects. The sensitivity of the complex permittivity to such effects is several orders of magnitude greater than in corresponding, traditional mechanical tests. In addition, we demonstrate for the first time that it is possible to use both strain and electrical field frequency as "dipole filters" which can be used to selectively probe the dipoles present at the polymer−filler interface.

show abstract

Section: Results and Discussionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Strain-Dependent Dielectric Behavior of Carbon Black Reinforced Natural Rubber

Huang¹,

Tunnicliffe²,

Zhuang

et al. 2016

Macromolecules

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Similar to friction, macroscopic charging will be a statistical average over local charge mosaics . It has also been shown that macroscopic deformations play an important role in triboelectricity (first in 1910 when bending was found to dictate the direction of charge transfer with further work over the next century − ). Until recently there has been no model to explain the link between such deformations and triboelectricity based upon ab initio quantum mechanics.…”

mentioning

confidence: 99%

When Flexoelectricity Drives Triboelectricity

Mizzi

Marks

2022

Nano Lett.

View full text Add to dashboard Cite

Triboelectricity has been known since antiquity, but the fundamental science underlying this phenomenon lacks consensus. We present a flexoelectric model for triboelectricity where contact deformation induced band bending at the nanoscale is the driving force for charge transfer. This framework is combined with first-principles and finite element calculations to explore charge transfer implications for different contact geometry and materials combinations. We demonstrate that our ab initio based formulation is compatible with existing empirical models and experimental observations including charge transfer between similar materials and size/pressure dependencies associated with triboelectricity.

show abstract

“…[4] Zuerst wurden Teflonkügelchen etwa eine Minute lang in einer Polystyrolschale gerollt. [6] Im Allgemeinen weisen Materialien uncharakterisierte nanoskalige mechanische Spannungen auf, die von ihrer Wärme-und Verarbeitungsgeschichte abhängen und die die Kontaktbeladung in unbekannter Weise beeinflussen kçnnen. Dies wird tatsächlich festgestellt.…”

unclassified

“…In unseren eigenen Untersuchungen zeigten wir vor Kurzem, dass mechanische Spannung eines Materials die Richtung der Ladungsübertragung umkehren kann. [6] Im Allgemeinen weisen Materialien uncharakterisierte nanoskalige mechanische Spannungen auf, die von ihrer Wärme-und Verarbeitungsgeschichte abhängen und die die Kontaktbeladung in unbekannter Weise beeinflussen kçnnen.…”

unclassified

Die Unvorhersehbarkeit der elektrostatischen Aufladung

Lacks

2012

Angewandte Chemie

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

Platons Timaeus, [1] geschrieben etwa 360 v. Chr., ist im Wesentlichen ein wissenschaftlicher Übersichtsartikel, der sich unter anderem mit Astronomie, der Zusammensetzung von Stoffen, Magnetismus und der elektrostatischen Aufladung beschäftigt. Das Verständnis dieser Themen war zu Platons Zeiten nur rudimentär, und die seitdem erzielten wissenschaftlichen Fortschritte sind gewaltig. Heute sind unsere Kenntnisse der Astronomie so gut, dass wir Menschen zum Mond und Raumschiffe zu anderen Planeten schicken kçnnen. Unsere umfassenden materialwissenschaftlichen Kenntnisse versetzten uns in die Lage, neuartige Materialien zu schaffen, die in der Natur nicht vorkommen und deren Eigenschaften auf unsere Bedürfnisse zugeschnitten sind. Daneben kçnnen wir unser Wissen über den Magnetismus in außergewçhnlicher Weise nutzen, z. B. um mithilfe von dreidimensionalen Bildern Krankheiten zu diagnostizieren, die im Inneren des menschlichen Kçrpers verborgen sind. Platon wäre von diesen Fortschritten beeindruckt! Anders sieht es mit dem Phänomen der elektrostatischen Aufladung aus -tatsächlich lässt sich behaupten, dass es auf diesem Gebiet seit Platons Zeiten keine merklichen Fortschritte gegeben hat. Eine Kontaktaufladung tritt auf, wenn zwei Materialien in Kontakt gebracht und anschließend getrennt werden; als Folge des Kontakts wird Ladung übertragen, sodass das eine Material positiv und das andere negativ geladen ist. Jedem ist dieser Effekt geläufig -sogar Kindern, die damit experimentiert haben, einen Ballon an ihren Haaren zu reiben, und erleben, dass Ballon und Haare stark aufgeladen werden. Aber welches Material lädt sich positiv und welches negativ auf ? Trotz aller Fortschritte, die die Wissenschaft über die Jahrtausende seit Platons Zeit gemacht hat, gibt es noch keine wirkliche Antwort auf diese einfache Frage. [2] Wissenschaftler haben jahrhundertelang an der Frage gearbeitet, wie vorhergesagt werden kçnnte, welche Oberfläche sich bei Berührung zweier Oberflächen positiv und welche sich negativ auflädt: Das Beste, was ihnen hierzu einfiel, ist eine empirische "triboelektrische Reihe". Diese Reihe ordnet Materialien in der Weise an, dass die jeweilige Position zweier beliebiger Materialien die Richtung der Ladungsübertragung bestimmt, wenn diese Materialien in Kontakt kommen. Betrachten wir z. B. einen Ausschnitt der triboelektrischen Reihe:Nach dieser Abfolge ist zu erwarten, dass sich Polystyrol nach Kontakt mit Teflon positiv auflädt, aber negativ, wenn es mit Wolle oder Nylon in Berührung kommt. Entsprechend lädt sich Wolle erwartungsgemäß positiv auf, wenn sie mit Polystyrol oder Teflon in Kontakt kommt, jedoch negativ nach Kontakt mit Nylon. Die triboelektrische Reihe beruht auf experimentellen Beobachtungen -Versuche, sie mit irgendwelchen Materialeigenschaften in Bezug zu bringen, waren nur begrenzt erfolgreich.Es ist lange bekannt, dass die triboelektrische Reihe Schwachstellen aufweist. [3] Die Reihenfolge ist nicht immer reproduzierbar, sodass in verschiedenen Untersuchungen verschiedene Reihenfolgen beo...

show abstract

Strain‐Induced Reversal of Charge Transfer in Contact Electrification

Cited by 14 publications

References 27 publications

Strain-Dependent Dielectric Behavior of Carbon Black Reinforced Natural Rubber

Strain-Dependent Dielectric Behavior of Carbon Black Reinforced Natural Rubber

When Flexoelectricity Drives Triboelectricity

Die Unvorhersehbarkeit der elektrostatischen Aufladung

Contact Info

Product

Resources

About