Dass sich ein Luftballon durch Reiben an den Haaren elektrisch aufladen lässt und man dadurch die Haare zu Berge stehen lassen kann, weiß jedes Schulkind. Und wohl jeder hat schon einmal an der Türklinke einen Schlag bekommen und damit erfahren, dass beim Kontakt zwischen Gummisohle und Teppich elektrische Ladung entsteht. Bekannt ist das Phänomen der Reibungs- oder Kontaktelektrizität seit über 2500 Jahren: Der griechische Naturphilosoph Thales von Milet untersuchte es, indem er Wolle und Bernstein aneinander rieb. Seit Jahrhunderten gibt es eine Erklärung dafür: Durch den Kontakt gehen Elektronen von dem einen Stoff zum anderen über. Weil einer der Stoffe gleichsam "gieriger" auf die Elektronen ist als der andere, lädt sich dieser negativ auf, während der andere eine positive Ladung erhält. Nun haben Physiker der Northwestern University in Evaston im US-Staat Illinois gezeigt, dass dieser Ansatz nicht korrekt ist.

Die Forscher um Bartosz Grzybowski untersuchten die Ladungsverteilung auf verschiedenen Kunststoffen, Aluminium und Silizium, die zuvor durch Kontakt mit einem anderen Material aufgeladen worden waren, mit einem so genannten Raster-Kelvin-Mikroskop. Dieses kann nanometergenau abbilden, wie die elektrische Ladung jeweils verteilt ist. Dabei fanden sie auf jeder Oberfläche einen Flickenteppich aus positiv und negativ geladenen Bereichen, deren Durchmesser ungefähr zehn Nanometer (Millionstel Millimeter) betrugen.

Das steht im Gegensatz zur bisherigen Annahme, dass die eine Oberfläche eine gleichmäßige positive und die jeweils andere eine gleichmäßige negative Ladung trägt. Die Physiker stellten außerdem fest, dass sich 1000 Mal mehr Ladung auf den Oberflächen befand, als bislang angenommen: Vielfach neutralisieren sich die negativ und positiv geladenen Flicken gegenseitig. Es gibt je nach Oberfläche nur einen kleinen positiven oder negativen Ladungsüberschuss, der makroskopisch gesehen nach außen hin dann als eine gleichmäßige Ladung erscheint.

Beim Kontakt werden zudem nicht nur Elektronen, sondern auch Material ausgetauscht, entdeckten die Forscher. Auf einer zuvor siliziumfreien Kunststoffoberfläche wiesen sie nach Kontakt mit einer siliziumhaltigen Oberfläche entsprechende Atome nach. Offenbar würden bei der Kontaktelektrizität chemische Bindungen gebrochen und Ionen von einer auf die andere Oberfläche transportiert, schreiben Grzybowski und Co. Den Flickenteppich erklären sie mit nanometergroßen "Fluktuationen" der Materialoberfläche. (cm)