固-液界面的摩擦起电行为是表界面的重要性质之一，和界面摩擦与润滑状态、双电层的形成、能量耗散过程等密切相关，但其内在工作机制仍存在许多未解之谜。实现原位动态监测是揭示其界面起电行为的重要技术手段之一。

　　近日，vic115维多利亚固体润滑国家重点实验室王道爱研究员团队在固-液界面摩擦电机理与监测研究方面取得了系列成果。

图1. 水滴弹跳位移与其起电行为之间的联系研究

　　研究人员将高速摄像机和电学信号检测设备集成在一起（图1），实现了水滴的运动状态和摩擦起电行为的同步关联检测，原位动态地呈现了水滴在疏水表面完整运动过程(靠近、接触、铺展、反弹、离开)的带电现象，建立起水滴运动状态与其摩擦起电行为之间的联系。研究发现，固液界面的摩擦起电信号的大小、极性和持续时间依赖于水滴弹跳动力学。研究人员定量研究了水滴的铺展速率/回缩速率与其带电行为之间的关系，发现韦伯数的增大使水滴有更大的铺展面积和铺展速率，从而导致更高的电信号。

　　研究人员通过在水中添加微量的聚氧化乙烯，配制不同浓度的聚合物溶液，建立起聚合物液滴弹跳动力学与其产生的电信号之间的关联（图2），利用电信号追踪不同浓度聚合物液滴的弹跳细节，实现了农药雾滴在叶片表面的粘附、润湿、弹跳等行为的电信号数字化表达，为智慧农业监测提供了新思路。

　　鉴于此，研究人员设计了一种单电极滴水起电器（图3），可将一滴水摩擦起电电流从微安提高到毫安级别，为水能的高效收集利用提供了一种有效方法（Advanced Energy Materials, 2023, 2303298）。固-液接触起电行为与双电层的性质密切相关。双电层模型从最初的Helmholtz模型发展至“两步形成”模型，再到引起摩擦离子电子学的跨学科研究，其机理和应用在不断完善，促进并拓展了固-液界面性质的深入研究和未来的应用范围。如何将摩擦起电与界面的摩擦和润滑深度结合起来，发展新的摩擦调控手段将会是未来的重点研究方向。

图2. 不同浓度聚合物液滴弹跳起电及其在传感检测领域的应用设计

图3. 外置单电极式滴水起电设计及双电层原理

　　以上结果以“Visualization of Charge Dynamics when Water Droplets Bounce on a Hydrophobic Surface”和“Triboiontronics based on dynamic electric double layer regulation”为题发表在ACS nano（https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08742）和Matter（2023, 6, 11, 3698）上。李小娟助理研究员和张立强助理研究员分别为文章的第一作者。

　　以上工作得到了国家自然科学基金项目、中国科学院战略性先导科技专项和甘肃省重大科技专项等的支持。