Interatomisk fotonemission under kontaktelektrificering

Kontaktelektrificering kan opstå, når der opstår fysisk kontakt mellem to materialer. I en ny rapport, der nu er offentliggjort på Science Advances , Ding Li, og et team af forskere inden for nanovidenskab, nanoenergi og materialevidenskab i Kina og USA, detaljerede atomartede fotonemissionsspektre mellem to faste materialer. Elektronoverførsel kan finde sted ved grænsefladen fra et atom i et materiale til et andet atom i et andet materiale, sammen med fotonemission, under kontaktelektrificering.

Denne proces kan hjælpe kontaktelektrificeringsinduceret grænsefladefotonemissionsspektroskopi (CEIIPES) til at detektere spektroskopi svarende til kontaktelektrificering ved en grænseflade og påvirke bevidstheden om interaktioner mellem faste stoffer, væsker og gasser. Fysikken i denne forskning kan udvides til røntgenstråling, Auger-elektronexcitation og elektronemission under kontaktelektrificering, hvilket stadig mangler at blive udforsket. Arbejdet fører til et generelt felt kendt som kontaktelektrificeringsinduceret grænsefladespektroskopi (CEIIS).

Triboelektrificering

Kontaktelektrificering er et videnskabeligt udtryk, der bruges til det velkendte fænomen triboelektrificering og definerer de ladninger, der produceres ved fysisk kontakt. Konceptet er universelt i både det daglige liv og i naturen, og opstår mellem sko og jorden, når skyer bevæger sig i luften, og når jorden ryster. Mens processen først blev registreret for mere end 2600 år siden, diskuterer forskere stadig mekanismen bag processen. Forskning på området har udviklet sig med moderne teknologier for at beskrive fænomenets sande kompleksitet, selvom nogle observationer er uforklarlige eller modstridende. I dette arbejde observerede Li et al atomare featured fotonemissionsspektre under kontaktelektrificering ved en fast-fast grænseflade ved at kontakte fluoreret ethylenpropylen (FEP) med akryl eller FEP med kvarts. Sammenlignet med triboluminescens kan den karakteristiske fotonemission induceret af kontaktelektrificering bære rigelig information om energistrukturen ved grænseflader. Li et al foreslog tre mulige fysiske processer til at forstå fotonemission, der stammer fra elektronladning overført under ladningselektrificering. Processen er kendt som kontaktelektrificeringsinduceret interface fotonspektroskopi (CEIIPES) og kan give forskere mulighed for at studere elektroniske overgange ved faststof-grænseflader.

Li et al dannede kernedelene af en hul cylinder klemt mellem et metaldæksel og en metalbase, inden for hvilken de drev fire metalventilatorer ved hjælp af en motor. Holdet fastgjorde materialerne til kontaktelektrificering (CE) til metalventilatorerne eller til cylinderen og inducerede CE ved grænsefladen under ventilatorrotation. De målte trykket ved hjælp af en trykmotor og styrede differensflowet af vakuumkammerets indløb og udløb gennem flowmålere. Hvis et fotonsignal stammede fra kernen, kunne de optage det ved hjælp af et spektrometer med en følsom ladningskoblet enhedsdetektor. Li et al bemærkede fotonemission forbundet med de fysiske processer af CE. For eksempel var fotonemissioner med atomare spektre-træk forbundet med elektronovergange under kontaktelektrificering, og forskerne definerede dette fænomen som kontaktelektrificeringsinduceret interface-fotonemissionsspektroskopi (CEIIPES).

Fysiske processer for elektronoverførsel

Holdet illustrerede derefter de fysiske processer, der ligger til grund for fotonemissionslinjer i forhold til energiniveauer og elektronovergange i opsætningen. For eksempel, når FEP-materialet kom i kontakt med kvarts, skete der elektronovergange for disse materialer, herunder overgange mellem atomer såsom hydrogen og oxygen på overfladen af ​​kvarts. Holdet opsummerede de mulige fysiske ruter for elektronovergange mellem forskellige atomer under kontaktelektrificering og bemærkede to mulige metoder til elektronovergang til exciterede tilstande, herunder (1) elektronovergang fra molekylær kredsløb til den exciterede tilstand af et atom, eller (2) excitation af et atom fra et lavere energiniveau til et højere energiniveau inde i et atom. Ydermere kan en exciteret tilstandselektron transitere til et lavere energiniveau ved at udsende en foton. Kontakt elektrificering induceret interface fotonemission spektroskopi (CEIIPES) er forskellig fra fluorescerende spektre for molekyler, hvor CEIIPES er forbundet med fotonemission i forhold til elektronoverførsel mellem to atomer. Til sammenligning er fluorescensspektre forbundet med elektronovergang mellem molekylære niveauer med mange vibrationsniveauer. Holdet fremhævede derefter brintatomets rolle under kontaktelektrificering, hvor H-atomer havde unikke roller under eksperimenterne. De nuværende undersøgelser viste kun fotonemission i forhold til CEIIPES ved faststof-faststof-grænseflader, teamet har til hensigt at bruge metoden og afsløre mere interessante fænomener ved fast-væske, fast-gas, gas-gas og gas-væske, såvel som væske- væskegrænseflader.

Outlook

På denne måde observerede Ding Li og kolleger atomare fremhævede fotonemissionsspektre under kontaktelektrificering mellem to faste stoffer. Under arbejdet blev elektroner overført fra et atom af et specifikt materiale til et andet atom i et andet materiale ved grænsefladen under kontaktelektrificering i en proces kendt som kontaktelektrificeringsinduceret grænsefladefotonemissionsspektroskopi (CEIIPES). Processen skete gennem energiresonansoverførsel, når atomer fra forskellige materialer blev bragt tæt på hinanden. Holdet analyserede de processer, der ligger til grund for kontaktelektrificering for bedre at forstå, hvordan to materialer blev opladet efter kontaktelektrificering for at vurdere interaktioner mellem væsker, faste stoffer og gasser. Arbejdet er specifikt for fast-faste grænseflader og er anvendeligt til mere generelle tilfælde såsom røntgenstråling og Auger-elektronexcitation. + Udforsk yderligere

Dynamik af kontaktelektrificering

© 2021 Science X Network