接觸起電（CE）是人類最早的也是當時唯一的電力來源，直到大約18世紀，但它的真正性質仍然是一個謎。今天，它被認為是激光打印機、LCD生產工藝、靜電噴塗、塑料分離回收等技術的重要組成部分，同時由於伴隨著CE的靜電放電（ESD），它也是一種主要的工業危險（電子系統的損壞、煤礦的爆炸、化學工廠的火災）。

2008年發表在《自然》雜誌上的一項研究發現，在真空中，一個簡單的膠帶的ESD是如此強大，以至於它們產生的X射線足以拍攝一個手指的X光圖像。

長期以來，人們認為兩個接觸/滑動的材料以相反和統一的方向充電。然而，在CE之後，人們發現，每一個分離的表面都帶有（+）和（-）電荷。所謂電荷馬賽克的形成被歸因於實驗的不可重複性、接觸材料的固有不均勻性或CE的一般”隨機性”。

Bartosz A. Grzybowski教授資料來源：UNIST

由蔚山科技學院基礎科學研究所（IBS）軟物質和生命物質中心的Bartosz A. Grzybowski教授（化學系）領導的一個研究小組十多年來一直在調查電荷鑲嵌的可能來源。這項研究有望幫助控制潛在的有害靜電放電，並於最近發表在《自然-物理》雜誌上。

“在我們2011年的《科學》論文中，我們展示了來源不明的亞微米級電荷會有不均勻性。當時，我們的假設是將這些（+/-）馬賽克歸結為被分離的表面之間的微觀材料斑塊的轉移。然而，在多年的工作中，這個模型和相關的模型根本站不住腳，因為我們（和許多與我們討論過的其他同事）逐漸不清楚這些微觀斑塊如何解釋甚至是毫米級的極性相反的區域共存於同一表面上。儘管如此，我們和社會各界都沒有更好的答案，為什麼在這麼多長度尺度上都能看到（+/-）馬賽克，”Grzybowski教授說。

圖1. 接觸性帶電電介質上的電荷鑲嵌。(a) 在傳統的觀點中，兩個電中性材料（灰色）被帶入接觸，然後均勻地分離電荷（左下），一個是正的（紅色），一個是負的（藍色）。在另一種情況下（右下），每個表面都形成了一個高度不均勻的”電荷馬賽克”，相鄰的領域電荷極性相反。(b) 文獻中報導的電荷馬賽克的拼貼圖（標明了年份和比例尺）。資料來源：UNIST

在最近發表在《自然-物理學》上的論文中，Grzybowski教授的小組表明，電荷鑲嵌是ESD的一個直接後果。實驗證明，在分離的材料之間產生了”火花”序列，它們負責形成（+/-）電荷分佈，在兩種材料上都是對稱的。

“你可能認為放電只能使電荷歸零，但實際上它可以使電荷局部反轉。這與點燃’火花’比熄滅它要容易得多的事實有關，”論文的主要作者Yaroslav Sobolev博士說。”即使當電荷減少到零時，火花也會在未被該火花觸及的相鄰區域的場的作用下繼續進行。”

最新提出的理論解釋了為什麼在許多不同的材料上看到電荷馬賽克，包括紙片、摩擦的氣球、在特氟隆表面滾動的鋼球，或從相同或其他聚合物上分離的聚合物。它還暗示了當你剝開粘性膠帶時發出的劈啪聲的來源–它可能是等離子體放電像吉他弦一樣撥動膠帶的一種表現形式。研究小組指出，所提出的研究應有助於控制潛在的有害靜電放電，並使我們更接近於對接觸電化性質的真正理解。