Resuelto el misterio de la carga electrostática: los físicos descifran la misteriosa electricidad de fricción

Un fenómeno cotidiano ha desconcertado a los científicos durante siglos: cuando tocamos el pomo de una puerta de metal, a veces recibimos una descarga eléctrica. Ahora los investigadores han logrado descubrir una incógnita crucial en la electricidad por fricción.

Según un nuevo estudio del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), el historial de contacto de los materiales juega un papel central en la carga electrostática. Este hallazgo podría explicar finalmente por qué la carga triboeléctrica de los aislantes se comporta de manera tan impredecible. La investigación, publicada en la revista Nature, podría marcar un avance significativo en la comprensión de la electrostática y la ciencia de los materiales.

Un fenómeno antiguo

Incluso en la antigüedad, los eruditos descubrieron que ciertos materiales pueden cargarse mediante la fricción. El ámbar es un ejemplo bien conocido, Benjamin Franklin se dio cuenta más tarde de que este efecto se basaba en un intercambio de carga.

A pesar de este conocimiento, sin embargo, no quedó claro exactamente qué determina si un material tiene carga positiva o negativa después del contacto. Los científicos intentaron establecer una secuencia triboeléctrica, pero los resultados fueron contradictorios.

"Durante mucho tiempo, comprender cómo se intercambian las cargas los materiales aislantes parecía un completo caos. Los experimentos son impredecibles y, a veces, pueden parecer completamente aleatorios", explica Scott Waitukaitis, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), coautor del estudio.

Experimento con bloques de polímero

Un equipo de investigación dirigido por Juan Carlos Sobarzo decidió investigar esta cuestión sistemáticamente. Investigaron el material polimérico polidimetilsiloxano (PDMS), y probaron sus propiedades electrostáticas bajo contacto repetido.

Las cargas triboeléctricas se producen cuando dos materiales entran en contacto debido a la fricción y luego se separan. Los electrones se transfieren de un material a otro, de modo que uno queda cargado positivamente y el otro negativamente. La serie triboeléctrica, a su vez, es una clasificación de los materiales según su tendencia a aceptar o liberar electrones.

Inicialmente, pareció surgir una secuencia triboeléctrica clara. Pero en intentos posteriores, el orden cambió de forma impredecible. Solo después de numerosas pruebas quedó claro que la carga dependía de la frecuencia con la que una muestra había entrado previamente en contacto con otros materiales.

"El propio contacto puede influir en los parámetros que causan la electricidad de contacto. En otras palabras, nuestro material 'recuerda' su historial de contacto", afirma Sobarzo.

La memoria de contacto como clave

Para aclarar la causa de esta memoria de contacto, los investigadores analizaron la estructura superficial de las muestras utilizando técnicas de rayos X y microscopía de última generación. Descubrieron que el contacto repetido produce pequeños cambios en la estructura de la superficie. Las áreas afectadas se volvieron más suaves, lo que aparentemente influyó en la naturaleza de la transferencia de carga.

El descubrimiento podría explicar las contradicciones en estudios previos sobre la carga electrostática. Si se confirma la memoria de contacto para otros materiales, podría incluso formar la base para un control preciso de los procesos electrostáticos.

Dado que en la vida cotidiana a menudo se desconoce el historial de contacto de un material, la predicción de los fenómenos electrostáticos sigue siendo difícil. “Puede que nunca sea posible predecir la electricidad de contacto en escenarios del mundo real”, escribe Daniel Lacks de la Universidad Case Western en un comentario sobre el estudio.

Referencia de la noticia:

Sobarzo, J.C., Pertl, F., Balazs, D.M. et al. (2025): Spontaneous ordering of identical materials into a triboelectric series. Nature, 638, 664–669.