Mechanism of triboelectricity: a novel perspective for studying contact electrification based on metal-polymer and polymer-polymer interactions

İki aynı veya farklı tür maddeden oluşan yüzeyin birbirine dokundurulup uzaklaştırılması sonucu oluşan statik elektrik, 25 yüzyıldan beri çalışılmakta olup çok iyi bilinen fiziksel bir olgudur. Kontakt yüklenme günlük yaşamımızda bir çok doğal ve teknolojik varlıkta meydana gelmektedir. Kontakt elektriklenme fotokopi ve yazıcı teknolojisinde kullanılır, gökyüzünde şimşek oluşumu ve cisimler arasında meydana gelen beklenmedik elektrik şokları ise kontakt elektriklenmenin doğadaki mükemmel örnekleridir. Dünyada enerji tüketiminin ve karbon emisyonu yok olan kaynaklara ihtiyacın artmasından dolayı son yıllarda triboelektrik, taşınabilir cihazların şarj edilmesi ve kendi kendini şarj eden sensörler gibi yeni uygulamalar için mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmede etkili bir yol olarak kullanılmaktadır. Yıllardır biliniyor ve kullanılıyor olmasına rağmen, kontakt elektriklenmenin mekanizması halen tam olarak açıklığa kavuşmamıştır. Bu çalışmada metal-polimer ve polimer-polimer etkileşimi tabanlı yeni bir triboelektrik tetiklenme mekanizması sunulmaktadır. Geleneksel olarak elektrostatik yük oluşumu, pozitif yükün kontakt sırasında oluşması ve negatif yükün ise ayrılma sırasında oluşması proseslerinin bir kombinasyonu olarak kabul edilmektedir. Bu tezde sunulan mekanizmada ise, pozitif ve negatif yük oluşumları kombinasyonunun yüzeylerin kontakt sırasındaki yük polaritesine (mozaik yüzey yük modeli) bağlı olarak hem kontakt hem de ayrılmada görülebileceğini göstermekteyiz. Bu çalışmada, polidimetilsiloksan (PDMS), politetrafloroetilen (PTFE), polietersülfon (PES) ve polipropilen (PP) gibi farklı tür polimerler kullanıldı ve her bir polimer için benzer özellikler gözlenmiştir. Çalışmamızda, iki dielektrik ya da bir dielektrik ve bir metal arasındaki triboelektriklenme mekanizması için sunduğumuz yeni bakışın geçerliliği gösterilmiştir ve bu bakış, triboelektriklenme konseptinde var olan tartışmanın açıklığa kavuşmasında büyük öneme sahiptir. Anahtar kelimeler: Kontakt elektrikleme, Mekanizma, Triboelektrik, Polimer, Triboelektrik Yük, Temas, Ayrılma.