北京理工大學(xué)劉檢華教授/林世權(quán)副教授團(tuán)隊(duì)：摩擦起電機(jī)理、調(diào)控與應(yīng)用研究的現(xiàn)狀及展望丨JME文章推薦

引用論文

林世權(quán), 張弛, 劉檢華. 摩擦起電機(jī)理、調(diào)控與應(yīng)用研究的現(xiàn)狀及展望[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 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(gè)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(qiáng)靜電力等特點(diǎn)，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(tuán)隊(duì)闡述了摩擦起電的研究體系特點(diǎn)，詳細(xì)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(jī)、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(jì)為基礎(chǔ)，并呈現(xiàn)出機(jī)理研究量子化、調(diào)控方法多維化/極端化、器件設(shè)計(jì)多功能一體化等研究趨勢 。該團(tuán)隊(duì)的研究成果以題為《摩擦起電機(jī)理、調(diào)控與應(yīng)用研究的現(xiàn)狀及展望》發(fā)表在《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2025年第19期。

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行業(yè)現(xiàn)狀

當(dāng)前，摩擦起電研究已從基礎(chǔ)機(jī)理探索進(jìn)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(diǎn)方向，在能量收集、環(huán)境監(jiān)測、人機(jī)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(diǎn)或瓶頸

摩擦起電研究的主要瓶頸在于：機(jī)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(zhǔn)設(shè)計(jì)方法，難以實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(jì)等多維度手段實(shí)現(xiàn)對電荷轉(zhuǎn)移的精準(zhǔn)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(jìn)，同時(shí)進(jìn)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(jī)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(tuán)隊(duì)介紹

劉檢華，北京理工大學(xué)機(jī)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(tuán)隊(duì)帶頭人，河北省智能裝配與檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。擔(dān)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(diǎn)研發(fā)計(jì)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(jī)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(diǎn)項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（首席）、國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目、裝備預(yù)先研究項(xiàng)目等科研項(xiàng)目50余項(xiàng)，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(xiàng)，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，以及國防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)等省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)8項(xiàng)。

林世權(quán)，北京理工大學(xué)副教授。主要從事摩擦起電機(jī)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(xiàng)目、國家科技重大專項(xiàng)課題、北京市重點(diǎn)聯(lián)合項(xiàng)目等，獲溫詩鑄楓葉獎(jiǎng)、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(tuán)隊(duì)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(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對：張 強(qiáng)

審 核：張 彤

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