来るぞ来るぞ！　バチッと飛ぶ静電気を事前回避できる発光材料が登場！

ドアノブを握ろうとして、バチっと静電気が飛んで痛い思いをした経験は誰にでもあるでしょう。

この迷惑な静電気を事前に予測し回避する方法はないのでしょうか？

産業技術総合研究所（略称：産総研）に所属する菊永和也（きくながかずや）氏ら研究チームは、静電気の発生を発光で可視化する技術を開発。

この研究は肉眼で確認できるため、静電気トラブルを回避するのに役立つ可能性があります。

研究の詳細は、2022年6月2日付の科学誌『Scientific Reports』に掲載されました。

静電気の発生を予測するには？

通常、物質はプラスとマイナスの電荷をバランスよくもっています。

しかし物質同士が当たったり擦れたりすると、マイナスの電荷が片方に移動し、プラスの電荷とマイナスの電荷の状態に偏りが生じます。

(画像=物体同士が擦れると、片方にマイナスの電気、もう片方にプラスの電気が集まる。 / Credit:Depositphotos、『ナゾロジー』より引用)

私たちは、このバランスが崩れた状態のことを「静電気を帯びる」と呼んでいます。

人間はプラスに帯電しやすいため、体が他の物質に触れたり、擦り合ったりしているうちに、プラスの電荷を帯びてしまいます。

この状態で金属などの電気を通しやすい物質に手を近づくと、金属の中の電子（マイナスの電荷）が手に引き寄せられます。

そして手が触れた（極度に近づいた）瞬間、マイナスの電荷がプラスに帯電した手に一気に流れ込み（放電という）、人間はバチっという音ともに痛みを感じるのです。

(画像=静電気による放電 / Credit:菊永和也（産総研）ら, Scientific Reports（2022）、『ナゾロジー』より引用)

もちろん、この現象は人間以外にも生じます。

人間であれば痛みを感じるだけですが、ドローンやロボットなどの精密機械では、静電気の発生により誤作動が生じることもあるのです。

そのため、静電気がいつ、どこで発生するのか把握する「静電気センサー」が必要とされてきました。

しかし従来の静電気センサーは、対象物の形状や環境によっては正確に測定できません。

そこでチームは、どんな状況でも正確に静電気を測定できる技術を開発することにしました。

今回研究チームは、「静電気で発光する材料」によって、静電気の測定と予測を可能にしたいと考えました。

ところが、静電気で発光する物質は未だ見つかっていません。

そこでチームは、電荷の移動で発光する既知物質を系統的に調べていくことにしました。

その結果、セラミックス微粒子「SrAl2O4:Eu2+」が空気中のイオンや帯電粒子などに反応して発光すると判明。

(画像=静電気を発光として可視化できる / Credit:菊永和也（産総研）_目に見えない静電気分布を発光させることにより直接的な可視化に成功（2022）、『ナゾロジー』より引用)

しかもこの微粒子は粒径が数µmであり、電源を必要とせずに、静電気に由来する電荷を検知して光として出力できます。

これはつまり、世界最小の静電気センサーとも言えるのです。

この微粒子を対象物に塗布したり、微粒子を添加したフィルムを巻き付けたりするなら、静電気の発生する兆候を肉眼で確認できるでしょう。

(画像=電荷放出により帯電領域が発光する様子 / Credit:産総研広報（YouTube）_コロナ放電の照射により静電気発光フィルムが発光する様子【産総研公式】（2022）、『ナゾロジー』より引用)

実際に動画では、セラミックス微粒子を添加したフィルムに電荷を放射していますが、帯電領域をはっきりと確認できます。

また静電気発生器にセラミックス粒子を塗布することで、指を近づけた際に生じる目に見えない放電も可視化することに成功しました。

(画像=目に見えない放電を可視化 / Credit:産総研広報（YouTube）_静電気発生器からの電荷の放出により、静電気発光材料が発光する様子【産総研公式】（2022）、『ナゾロジー』より引用)

セラミックス粒子から作られた材料は、材料が帯電するときと放電するときの両方で発光するのです。

この新しい技術を利用するなら、いつ、どこで発生するか分からない静電気をデータとして蓄積し、トラブル回避に役立てられるでしょう。

今後チームは、この新しい材料を利用して、静電気発生のモニタリングと静電気対策の実証実験を行う予定です。

参考文献
目に見えない静電気分布を発光させることにより直接的な可視化に成功

元論文
Demonstration of static electricity induced luminescence