AI Crazy
New member
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Hồng Kông phát hiện ion góp phần đáng kể vào quá trình tạo điện tích tĩnh, và vai trò này tăng mạnh khi độ ẩm môi trường cao. Kết quả giúp hiểu rõ hơn cơ chế tiếp điện giữa hai bề mặt rắn và mở hướng cho vật liệu tribo hoạt động ổn định trong điều kiện ẩm.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Dong-Myeong Shin thuộc Khoa Cơ khí, Đại học Hồng Kông (HKU) dẫn đầu đã chỉ ra rằng cả electron và ion đều tham gia chuyển điện tích khi hai bề mặt rắn tiếp xúc — nhưng mức đóng góp của ion phụ thuộc lớn vào độ ẩm môi trường.
Khái niệm contact electrification (tiếp điện tiếp xúc) giải thích hiện tượng sinh điện tích tĩnh khi hai vật liệu khác nhau chạm vào rồi tách ra. Hiện tượng này quan trọng trong nhiều ứng dụng như máy photocopy, sơn phun, thu nhận năng lượng và cảm biến tự cấp nguồn.
Trong công trình công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials, với tiêu đề "Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers", nhóm đã thử nghiệm ba loại màng: ionomer anion Nafion 211, ionomer cation FAA-3 và polymer không ion Nylon, sau đó chà lên màng fluorinated ethylene propylene (FEP).
Bằng việc phân tích sự phai điện tích dưới nhiệt và sử dụng kỹ thuật phát hiện ion trên bề mặt, nhóm có thể tách riêng và đo lường đóng góp của electron và ion trong quá trình chuyển điện tích. Kết quả cho thấy cả hai loại hạt mang điện đều được truyền đồng thời khi tiếp xúc giữa các bề mặt rắn.
Một phát hiện quan trọng là độ ẩm có ảnh hưởng rất mạnh: khi độ ẩm tương đối vượt 50%, chuyển dịch ion không chỉ tăng mật độ điện tích bề mặt mà còn bù đắp hiện tượng suy giảm điện tích do ẩm ướt. Dù thực tế chỉ có dưới 2% ion di chuyển qua giao diện, tác động của chúng rất lớn — giúp ổn định và làm mạnh điện tích tĩnh trên bề mặt.
Mô phỏng máy tính cho thấy nước thấm vào ionomer tạo thành các kênh nhỏ bên trong vật liệu, từ đó tạo điều kiện để ion di chuyển dễ dàng hơn về phía bề mặt trong điều kiện ẩm. Điều này giải thích vì sao ion đóng vai trò nổi bật ở độ ẩm cao.
"Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể tách rõ ràng và đo lường đóng góp của electron và ion trong tiếp điện giữa hai chất rắn," TS. Xiaoting Ma, đồng tác giả đầu bài báo, cho biết. "Sử dụng Nafion và FAA-3 làm hệ mô hình giúp chúng tôi thấy rõ cách ion dương và ion âm hành xử khác nhau tùy theo độ ẩm."
Giáo sư Shin nhấn mạnh ý nghĩa thực tiễn: khi biết chính xác tỷ lệ chuyển của electron và ion, các nhà khoa học có thể thiết kế vật liệu hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường ẩm. Điều này không chỉ nâng cao hiểu biết cơ bản mà còn mở ra ứng dụng thân thiện môi trường cho in ấn, phủ bề mặt, giám sát môi trường và thu nhận năng lượng.
Nhóm nghiên cứu còn chứng minh rằng khi đưa ion lên bề mặt polymer không ion, khả năng kháng ẩm được cải thiện đáng kể — một chiến lược thực tế để chế tạo vật liệu triboelectric bền hơn. Sau khi tích hợp màng Nafion và FAA-3 vào bộ tạo điện tribo (TENG), thiết bị duy trì đầu ra ổn định trong môi trường ẩm, có thể cấp nguồn cho 78 đèn LED và giữ hiệu năng sau hàng nghìn chu kỳ.
Tham khảo công trình: Xiaoting Ma và cộng sự, "Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers", Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202506471.
Nguồn: https://techxplore.com/news/2025-11-humidity-hidden-power-ions-generating.html
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Dong-Myeong Shin thuộc Khoa Cơ khí, Đại học Hồng Kông (HKU) dẫn đầu đã chỉ ra rằng cả electron và ion đều tham gia chuyển điện tích khi hai bề mặt rắn tiếp xúc — nhưng mức đóng góp của ion phụ thuộc lớn vào độ ẩm môi trường.
Khái niệm contact electrification (tiếp điện tiếp xúc) giải thích hiện tượng sinh điện tích tĩnh khi hai vật liệu khác nhau chạm vào rồi tách ra. Hiện tượng này quan trọng trong nhiều ứng dụng như máy photocopy, sơn phun, thu nhận năng lượng và cảm biến tự cấp nguồn.
Trong công trình công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials, với tiêu đề "Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers", nhóm đã thử nghiệm ba loại màng: ionomer anion Nafion 211, ionomer cation FAA-3 và polymer không ion Nylon, sau đó chà lên màng fluorinated ethylene propylene (FEP).
Bằng việc phân tích sự phai điện tích dưới nhiệt và sử dụng kỹ thuật phát hiện ion trên bề mặt, nhóm có thể tách riêng và đo lường đóng góp của electron và ion trong quá trình chuyển điện tích. Kết quả cho thấy cả hai loại hạt mang điện đều được truyền đồng thời khi tiếp xúc giữa các bề mặt rắn.
Một phát hiện quan trọng là độ ẩm có ảnh hưởng rất mạnh: khi độ ẩm tương đối vượt 50%, chuyển dịch ion không chỉ tăng mật độ điện tích bề mặt mà còn bù đắp hiện tượng suy giảm điện tích do ẩm ướt. Dù thực tế chỉ có dưới 2% ion di chuyển qua giao diện, tác động của chúng rất lớn — giúp ổn định và làm mạnh điện tích tĩnh trên bề mặt.
Mô phỏng máy tính cho thấy nước thấm vào ionomer tạo thành các kênh nhỏ bên trong vật liệu, từ đó tạo điều kiện để ion di chuyển dễ dàng hơn về phía bề mặt trong điều kiện ẩm. Điều này giải thích vì sao ion đóng vai trò nổi bật ở độ ẩm cao.
"Đây là lần đầu tiên chúng tôi có thể tách rõ ràng và đo lường đóng góp của electron và ion trong tiếp điện giữa hai chất rắn," TS. Xiaoting Ma, đồng tác giả đầu bài báo, cho biết. "Sử dụng Nafion và FAA-3 làm hệ mô hình giúp chúng tôi thấy rõ cách ion dương và ion âm hành xử khác nhau tùy theo độ ẩm."
Giáo sư Shin nhấn mạnh ý nghĩa thực tiễn: khi biết chính xác tỷ lệ chuyển của electron và ion, các nhà khoa học có thể thiết kế vật liệu hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường ẩm. Điều này không chỉ nâng cao hiểu biết cơ bản mà còn mở ra ứng dụng thân thiện môi trường cho in ấn, phủ bề mặt, giám sát môi trường và thu nhận năng lượng.
Nhóm nghiên cứu còn chứng minh rằng khi đưa ion lên bề mặt polymer không ion, khả năng kháng ẩm được cải thiện đáng kể — một chiến lược thực tế để chế tạo vật liệu triboelectric bền hơn. Sau khi tích hợp màng Nafion và FAA-3 vào bộ tạo điện tribo (TENG), thiết bị duy trì đầu ra ổn định trong môi trường ẩm, có thể cấp nguồn cho 78 đèn LED và giữ hiệu năng sau hàng nghìn chu kỳ.
Tham khảo công trình: Xiaoting Ma và cộng sự, "Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers", Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202506471.
Nguồn: https://techxplore.com/news/2025-11-humidity-hidden-power-ions-generating.html
Bài viết liên quan
