引用論文

林世權(quán), 張弛, 劉檢華. 摩擦起電機理、調(diào)控與應(yīng)用研究的現(xiàn)狀及展望[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(19): 112-125.

LIN Shiquan, ZHANG Chi, LIU Jianhua. A Review on the Study of Contact Electrification: Mechanism, Control and Application[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(19): 112-125.

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摩擦起電現(xiàn)象是一個常見卻又神秘的物理效應(yīng)，具有普遍性、高敏感性，能夠產(chǎn)生高電場和強靜電力等特點，其應(yīng)用前景廣闊。北京理工大學(xué)劉檢華教授/林世權(quán)副教授團隊闡述了摩擦起電的研究體系特點，詳細介紹了金屬-金屬、絕緣體摩擦界面電子和離子轉(zhuǎn)移模型，描述了半導(dǎo)體摩擦界面的摩擦伏特效應(yīng)，總結(jié)了一系列摩擦界面電荷轉(zhuǎn)移量調(diào)控手段，并論述了包括摩擦納米發(fā)電機、摩擦電智能傳感技術(shù)在內(nèi)的幾種摩擦起電應(yīng)用的原理。最后指出了摩擦起電未來研究將以電荷調(diào)控方法為核心、以表界面設(shè)計為基礎(chǔ)，并呈現(xiàn)出機理研究量子化、調(diào)控方法多維化/極端化、器件設(shè)計多功能一體化等研究趨勢 。該團隊的研究成果以題為《摩擦起電機理、調(diào)控與應(yīng)用研究的現(xiàn)狀及展望》發(fā)表在《機械工程學(xué)報》2025年第19期。

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行業(yè)現(xiàn)狀

當前，摩擦起電研究已從基礎(chǔ)機理探索進入以應(yīng)用為導(dǎo)向的發(fā)展階段。摩擦電智能傳感成為熱點方向，在能量收集、環(huán)境監(jiān)測、人機交互等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。產(chǎn)業(yè)化方面，部分技術(shù)（如靜電打印、除塵）已較成熟，但高性能摩擦電器件仍面臨輸出功率有限、材料穩(wěn)定性不足等挑戰(zhàn)。未來研究將聚焦于電荷調(diào)控與表界面工程，以推動器件性能突破與多功能集成應(yīng)用。

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研究難點或瓶頸

摩擦起電研究的主要瓶頸在于：機理尚未完全明確，尤其是絕緣體界面電荷轉(zhuǎn)移的電子/離子之爭；調(diào)控手段雖多，但缺乏系統(tǒng)理論與精準設(shè)計方法，難以實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的電荷控制；器件方面，摩擦起電輸出電流小、功率密度低，且材料耐久性與環(huán)境適應(yīng)性不足；多物理場耦合作用復(fù)雜，實驗表征與理論建模仍面臨挑戰(zhàn)。

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展望

摩擦起電研究正朝著機理微觀化、調(diào)控多維化、器件集成化與應(yīng)用融合化的方向發(fā)展。未來研究將聚焦于揭示電子/離子轉(zhuǎn)移的量子動力學(xué)過程，并通過表面工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計等多維度手段實現(xiàn)對電荷轉(zhuǎn)移的精準與極端調(diào)控，從而驅(qū)動摩擦起電器件向高功率輸出、高穩(wěn)定性及多功能一體化演進，同時進一步拓展其在智能傳感、生物界面及自供能系統(tǒng)等前沿領(lǐng)域的交叉應(yīng)用，最終構(gòu)建起從基礎(chǔ)機理到系統(tǒng)集成的全鏈條研究體系。

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代表性圖片

作者及團隊介紹

劉檢華，北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院黨委書記，入選國家高層次領(lǐng)軍人才，北京理工大學(xué)唐山研究院智能制造中心主任，北京理工大學(xué)珠海校區(qū)智能制造團隊帶頭人，河北省智能裝配與檢測技術(shù)重點實驗室主任。擔任國家國防科技工業(yè)科技委成員，國家智能制造專家委員會委員，國家重點研發(fā)計劃“高性能制造與重大裝備”指南專家，中國圖學(xué)學(xué)會數(shù)字孿生專委會主任，中國機械工程學(xué)會生產(chǎn)工程分會副主任等。長期從事數(shù)字化制造、精密裝配等方向研究，先后主持了國家自然科學(xué)基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃項目（首席）、國防基礎(chǔ)科研項目、裝備預(yù)先研究項目等科研項目50余項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文500余篇（其中SCI收錄200余篇，他引1萬余次），授權(quán)國家發(fā)明專利90余項，獲國家科技進步二等獎1項，以及國防科技進步一等獎和中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎等省部級科技獎勵8項。

林世權(quán)，北京理工大學(xué)副教授。主要從事摩擦起電機理、摩擦電傳感、微液滴帶電行為等研究，主持國家自然科學(xué)基金青年/面上項目、國家科技重大專項課題、北京市重點聯(lián)合項目等，獲溫詩鑄楓葉獎、小米青年學(xué)者、北京市科技新星，入選斯坦佛大學(xué)top2％頂尖科學(xué)家榜單。近年來以第一作者/通訊作者的身份在Chem. Rev.，PNAS, Nat. Commun.，JACS，Adv. Mater.，Mater. Today, Nano Energy，Adv. Funct. Mater.，ACS Nano，Appl. Phys. Lett.，Phys. Chem. Chem. Phys.，F(xiàn)riction，Tribol. Int.等SCI期刊上發(fā)表論文30余篇，被引5800余次，H因子34。

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近兩年團隊發(fā)表文章

[1] Techniques for surface charge measurements and exploring contact electrification. Friction, 2025, 13, 9440968.

[2] Unveiling Contact-Electrification Effect on Interfacial Water Oscillation. Adv. Mater., 2024, 36, 202407507.

[3] Spontaneous Wetting Induced by Contact-Electrification at Liquid-Solid Interface. Adv. Mater., 2024, 36, 202400451.

[4] Triboelectric Spectroscopy for In Situ Chemical Analysis of Liquids. JACS, 2024, 146, 6125.

[5] Size- dependent charge transfer between water microdroplets. PNAS, 2023, 120, e2307977120.

作 者：林世權(quán)

責任編輯：杜蔚杰

責任校對：張 強

審 核：張 彤

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