在大约2600年前的古希腊时期,人们第一次观察到接触起电(contact electrification ,CE),但接触起电现象至今没有十分清晰的物理学解释。随着摩擦纳米发电机作为能量收集器件的研究不断深入,摩擦起电的内部电荷转移和转移机制成为有待解决的重要课题。
近日,中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究团队在摩擦纳米发电机电荷转移机理的研究中取得重要进展,相关研究发表在《先进材料》上(https://doi.org/10.1002/adma.201808197),文章对在不同温度条件下金属和绝缘体界面接触过程中的接触起电和摩擦起电过程进行探究,在原子力显微镜和开尔文力显微镜的辅助下,作者发现在纳米尺度下电荷的转移过程符合热电子激发模型,并且作者还聚焦于温度对两种摩擦起电材料接触起电过程的影响,研究发现温度更高的物体更倾向于接受带正电的摩擦电荷,而温度较低的物体更倾向于带负电,这也表明了温度差异引起的电荷转移可以归因于热电子激发模型(即电子可以被热激发并从高温物体转移到低温物体),此外还提出了热电子能带结构模型来解释两个不同温度物体之间的电荷转移。该研究也表明摩擦引起的温度差异可以使两个相同的材料出现接触起电现象。