Wasser begünstigt statische Aufladung

Chicago (USA) - Wenn zwei Stücke aus verschiedenen Kunststoffen sich berühren und schnell wieder getrennt werden, können sich statische Aufladungen bilden. Dieser triboelektrische Effekt war bisher noch nicht im Detail verstanden. Amerikanische Physiker belegten nun mit einem einfachen Experiment, dass Wasser eine zentrale Rolle bei der Erzeugung dieser Aufladungen spielt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Physical Review Materials“ berichten, ermöglicht höhere Feuchtigkeit einen verstärkten Austausch von elektrisch geladenen Ionen und unterstützt dadurch die statische Aufladung.

Heinrich M. Jaeger und seine Kollegen vom James Franck Institute der University of Chicago spannten in eine einfache Apparatur zwei Kunststoffstücke von der Größe einer Briefmarke ein. Eines bestand aus Teflon, das andere aus Nylon. Die beiden Materialien unterschieden sich in der Fähigkeit, mit Feuchtigkeit benetzt zu werden: Nylon zeigte sich deutlich hydrophiler, also wasserliebender, als Teflon. Nach jeder Berührung der beiden Stücke bestimmten die Forscher auf beiden Kunststoffstücken die jeweils entstandene statische Aufladung. Bei Raumtemperatur nahm die negative Aufladung auf dem Teflon-Stück erst exponentiell und schnell zu, darauf nach mehreren Kontakten nur noch linear und etwas langsamer. Aufgeheizt auf 80 Grad Celsius zeigte sich ein ähnliches Verhalten. Doch der Übergang von einem schnellen exponentiellen zu einem langsamen linearen Anstieg der negativen Aufladung trat deutlich früher nach nur wenigen Kontakten auf.

Wasser liefert die Begründung für diesen Unterschied. Bei höheren Temperaturen nahm die Feuchtigkeit auf den beiden Kunststoffstücken über eine partielle Verdampfung des Wassers deutlich ab. Diese geringere Feuchtigkeit war nach Aussage der Forscher der wichtigste Grund für die abnehmende statische Aufladung. Denn selbst geringe Wassermengen transportierten bei Raumtemperatur effizient elektrische Ladungen vom hydrophilen Nylon auf das hydrophobe Teflon über die im Wasser vorliegenden Hydroxid-Ionen. Waren die Kunststoffstücke bei höherer Temperatur trockener, konnten sich folglich auch nur noch weniger elektrische Ladungen auf dem Teflon-Stück ansammeln.

Mit ihren Experimenten belegten Jaeger und Kollegen, dass Wasser eine zentrale Rolle bei der Bildung von statischen Kontaktladungen spielt. Aufbauend auf dieser Erkenntnis können sie sich nun ausgeklügelte Maßnahmen vorstellen, um statische Aufladungen beispielsweise in Produktionsprozessen besser zu verhindern. Eine einfache Methode etwa wäre es, die Luftfeuchtigkeit in Fabriken drastisch zu senken.