آب همواره یکی از مواد کلیدی در طبیعت و صنعت بوده است. از جریان رودخانه‌ها گرفته تا سامانه‌های انتقال سوخت، حرکت آب بر سطوح مختلف می‌تواند پدیده‌های پیچیده‌ای را ایجاد کند. یکی از این پدیده‌ها، تولید بار الکتریکی هنگام تماس و حرکت آب روی سطوح است. این موضوع نه تنها درک ما از فیزیک مایعات را افزایش می‌دهد، بلکه می‌تواند در طراحی تجهیزات الکتریکی و ایمنی سامانه‌های سوختی نیز مؤثر باشد.

درک چگونگی ایجاد بار الکتریکی در اثر حرکت آب روی سطوح، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این پدیده نه‌تنها می‌تواند در فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده قرار گیرد، بلکه می‌تواند تأثیرات مهمی بر جلوگیری از تجمع بارهای الکتریکی در مخازن سوخت و کاهش خطرات احتمالی داشته باشد.

تاکنون تصور می‌شد که این بار الکتریکی تنها هنگام جدا شدن آب از سطح تولید می‌شود، اما یافته‌های جدید نشان می‌دهند که تماس اولیه آب با سطح نیز می‌تواند یک تغییر الکتریکی قوی ایجاد کند.

تیمی از محققان دانشگاه RMIT و دانشگاه ملبورن استرالیا، این پدیده را مورد بررسی قرار داده‌اند. آن‌ها نشان داده‌اند که زمانی که یک قطره آب روی سطحی با ناهمواری‌های میکروسکوپی حرکت می‌کند، ممکن است برای لحظاتی گیر کند و سپس به‌طور ناگهانی به جلو بجهد. این حرکت جهشی که «چسبیدن و لغزش» نامیده می‌شود، باعث تولید یک بار الکتریکی برگشت‌ناپذیر می‌شود که تاکنون ناشناخته بوده است.

محققان در این پژوهش از ماده‌ای مشابه تفلون، به نام پلی‌تترافلوئورواتیلن (PTFE)، برای بررسی چگونگی تولید بار الکتریکی استفاده کردند. آن‌ها با کمک دوربین‌های پیشرفته، لحظات چسبیدن و لغزش قطرات آب را ثبت کردند و هم‌زمان تغییرات بار الکتریکی را اندازه‌گیری نمودند. نتایج نشان داد که اولین تماس آب با سطح، قوی‌ترین تغییر بار را ایجاد می‌کند، که مقدار آن تا ۴.۱ نانوکولن می‌رسد.

این مطالعه نشان داد که بار الکتریکی تولید شده در اثر حرکت آب روی سطح PTFE می‌تواند در حدود ده برابر بیشتر از میزان پیش‌بینی‌شده قبلی باشد. همچنین مشخص شد که این بار الکتریکی در طول حرکت آب روی سطح باقی می‌ماند و از بین نمی‌رود. این یافته‌ها نشان می‌دهند که مکانیزم تولید بار الکتریکی در اثر حرکت آب بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد.

یکی از مهم‌ترین پیامدهای این تحقیق، امکان طراحی سطوحی با قابلیت کنترل میزان و نحوه تولید بار الکتریکی است. این موضوع می‌تواند به بهبود ایمنی در سامانه‌های حمل و نگهداری سوخت‌های جدید، مانند هیدروژن و آمونیاک، کمک کند. همچنین، می‌توان از این دانش برای افزایش بهره‌وری سامانه‌های ذخیره انرژی و بهینه‌سازی شارژ تجهیزات الکترونیکی استفاده کرد.

این پژوهش در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده است و نشان‌دهنده اهمیت درک دقیق‌تر از تعامل مایعات و سطوح است. نتایج این تحقیق می‌توانند راه را برای توسعه فناوری‌های نوین در حوزه ذخیره‌سازی انرژی و بهبود ایمنی صنعتی هموار کنند.