固液界面的摩擦起电行为与界面接触、双电层性质密切相关，如何基于表界面行为对其有效调控是制约其在新型摩擦学传感器设计、液体润滑界面静电防控以及分布式能源收集的关键因素。

中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室摩擦物理与传感课题组王道爱研究员团队在固液界面摩擦起电的调控方面进行了系统研究。

针对油-固界面摩擦起电问题，团队通过构建脉冲气流驱动乙二醇液滴在聚四氟乙烯表面摩擦，借助气流调控瞬态润湿与界面剪切作用大幅强化界面电荷分离，得到1.8μA的短路电流峰值和100V开路电压，较传统油-固界面摩擦起电提高5–6倍，连续滑动润滑液膜可将输出电流密度提升5–6倍，为研究油-固界面静电防护与传感设计提供了新思路，该研究工作发表在Applied Materials Today（2026, 50, 103265）上。

针对水-固界面的摩擦起电问题，团队利用液体流动时的普拉托-瑞利不稳定性（Plateau-Rayleigh instability），将低频水流转化为50Hz的高频液滴，避免了连续水流界面产生的屏蔽效应并大幅提高了接触分离效率，输出电流超过100μA，约为传统单电极液滴接触-分离模式输出电流的120倍。其工作机制归因于液滴融合诱导的摩擦起电、表面电荷捕获与电荷再分配，这使其既能用于连续水流的能量收集，也可应用于水位监测。该研究大幅提升了基于水流的摩擦电输出性能，为基于连续水流的能量收集和传感利用提供了有效解决方案。该研究工作发表在Advanced Materials（2026, 38, e07055）上。

图1 .基于Plateau-Rayleigh不稳定液体射流接触起电设计、性能及界面摩擦起电机制

近日，研究团队通过集成气液两相流接触分离摩擦起电及静电击穿放电模块的设计，突破了传统固液界面摩擦起电性能的瓶颈。依托气液两相流实现稳定固-液摩擦起电，同时借助静电击穿放电调控电荷累积与周期性释放，其瞬时短路电流可达665mA，开路电压900V，大幅超越现有同类型器件，可直接点亮110W白炽灯或同时驱动4000颗商用LED稳定发光。搭配能量管理电路后，器件不仅可为小型电子设备持续供电，还可实现高效电解水制氢。该项研究提出了基于主动放电调控的喷雾式发电新构型，为高效收集水体中的可再生清洁能源提供了新的技术路径。该研究发表在Advanced Materials (2026, e74302)上。

图2 .基于气液两相流-静电击穿耦合的摩擦起电及其利用

上述研究得到了国家自然科学基金、甘肃省重大专项等项目的支持。