Ionentransfer während der Ionomer Kontaktelektrifizierung: Bindungsaffinität steuert Aufladung

Kontaktelektrifizierung tritt allgegenwärtig in der Natur auf, doch die Identität der Ladungsträger bleibt in den meisten Fällen unklar, mit Elektronen, Ionen oder nanoskopischen Materialfragmenten als mögliche Kandidaten. Ein Material, bei dem die übertragene Spezies mehr gewiss erscheint, sind Ionomere, d. h. Polymere mit mobilen Ionen, deren Ladung durch fest gebundene Gegenladungen ausgeglichen wird. Wenn Ionomere mit einer neutralen Oberfläche in Kontakt kommen, lädt sich diese mit dem Vorzeichen der mobilen Ionen auf, was stark auf Ionentransfer hindeutet. Der zugrundeliegende Mechanismus sowie die bestimmenden Einflussfaktoren dieses Transfers sind jedoch bislang nur unzureichend verstanden. In der vorliegenden Arbeit zeigen wir, dass die Bindungsaffinität zwischen den mobilen Ionen und dem Ionomer den Ladungstransfer maßgeblich bestimmt. Wir untersuchen Ionomere mit gebundenen Anionen und Kationen und erzeugen mittels Ionenaustausch Proben mit einer Reihe unterschiedlicher übertragbarer Ionen. Für das anionische Ionomer beobachten wir eine starke Abhängigkeit von der Bindungsaffinität, wobei mobile Kationen mit der höchsten Affinität am wenigsten Ladung übertragen. Eine schwächere, aber trotzdem klare Abhängigkeit wurde für das kationische Ionomer gemessen, welches der freien Hydratationsenergie der mobilen Anionen folgt. Mithilfe von optischer Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP‐OES) bestätigen wir den Transfer von mobilen Ionen auf die Oberfläche der Gegenprobe. Unsere Ergebnisse bestätigen die Ladungsträgeridentität und den Mechanismus des Ladungstransfers bei ionomerischen Materialien, was auch für das allgemeine Verständnis von Kontaktelektrifizierung von Bedeutung sein könnte.