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  1. 總結并比較分析了不同界面上CE的特點、作用機理、材料選擇的多樣性以及改性方法，為今后不同界面上的CE研究提供了有價值的指導。

  2. 詳細介紹了基于不同界面接觸起電的TENG的獨特應用。

  3. 討論了基于CE的TENGs所面臨的挑戰和發展前景。

  本文以比較總結不同界面CE機制的特點為切入點，對界面CE的原理、材料選擇范圍、界面調節方法和應用進行了全面的綜述。闡述了不同界面上CE的原理，突出了電子云模型和混合EDL模型的優越性，以及相互啟發和互補的界面CE研究過程。文章概述了影響不同界面CE的因素，并總結了針對不同界面的具有普適性和有針對性的改性方法。文章還討論了各個界面在不同環境中的應用。文章強調界面特性和不同界面之間的相互聯系，希望能夠激發創新思想，顯著提高摩擦電納米發電機(TENG)能量轉換的效率，促進研究者們對新的應用領域的開發。最后，本文還討論了未來CE研究面臨的機遇和挑戰，旨在為相關領域的發展和創新提供見解。該文章以“A Review: Contact Electrification at Diversified Interfaces and Related Applications”為題發表在Nano-Micro Lett.上，第一作者是北京納米能源與系統研究所碩士生胡珺，陳翔宇研究員和Mitsumasa Iwamoto研究員是共同通訊作者。

  Ⅰ電子云模型提供了可視化的原子水平電子轉移過程。該模型也適用于解釋固液界面的接觸起電過程。它表明，在某些情況下，電子轉移在固-液 CE 中起著主導作用，除此之外，幾十年來人們對界面離子轉移做出了解釋。Wang 等人引入了混合 EDL 模型和 "兩步 "形成過程，同時考慮了電子轉移和離子吸附，第一步，由于液體的熱運動和壓力，液體中的分子和離子撞擊固體表面，由于固體原子和水分子的電子云重疊，電子將在固體原子和水分子之間轉移。電離反應和離子吸附作為平行過程在固體表面同時發生。值得注意的是，電離反應產生的離子和轉移的電子都會改變表面附近的電勢分布。在第二步中，液體中的游離離子在靜電力的作用下被吸引到帶電表面。因此，這些離子向帶電表面遷移，形成 EDL。此外，EDL 的形成還受到固體材料給予/吸收電子能力的影響。

圖1. a 液滴 TENG 的工作機制和電子云模型。b 液態水電離和質子轉移后的初級化學反應。c 界面水的結構和解離示意圖。d 在固液界面形成電雙層。

圖2. a. 材料的分子結構設計和合成；b. 物理改性；c. 化學改性，包括離子輻照和無機物摻雜；d. 特殊成型工藝，以改善材料的 CE 特性。

  III 在 CE 材料選擇領域，材料的選擇受原子電負性和官能團類型等因素的影響。固體材料原子排列密集，為改變化學鍵和晶體結構提供了大量機會。因此，有多種材料可供選擇。此外，固體材料的可塑性使其具有優于液體和氣體的加工性能，對液體改性的研究主要集中在離子種類和濃度上，對氣體改性的研究仍然相對較少。不過，值得注意的是，與液體和氣體不同，固體材料在摩擦過程中更容易出現磨損問題，而且容易腐蝕。相反，液-液和氣-液界面在使用壽命和耐磨性方面具有明顯優勢。電荷密度是評估能量轉換的關鍵指標，也是觀察不同界面趨勢的主要因素。不過，需要注意的是，目前不同界面的研究進展差異很大。現有的研究多側重于固-固 CE，針對固-氣、液-液和液-氣界面的研究較少。

圖3. a 比較不同界面的材料選擇范圍、可加工性和環境穩定性。b、c根據現有研究的數量和表面電荷密度的限制討論 CE 在不同界面的可開發前景。

  IV 固體材料一般都比較堅硬，能夠抵御可能改變其形狀或體積的外部影響。因此，固體界面可以多樣化，以適應不同的應用場景和需求。目前，已開發出單層、多層、彎曲和轉盤等多種 CE 界面形式。例如：混合能源振動驅動摩擦納米發電機利用風力驅動 TENG 產生接觸分離，從而收集振動能量，作為自供電信息檢測/傳輸/報警系統的電源。水波能驅動的電化學系統利用從納米發電機收集的能量最大限度地生產甲酸，在 0.04 平方米的面積上收集的波能每天生產 2.798 毫摩爾甲酸，二氧化碳轉換效率接近 100%。高度穩定的多相 TENG，在恒流條件下，通過電極錯位和電路連接利用常見的日常材料實現了高平均輸出功率的直流輸出，擴大了 TENG 材料的選擇范圍，并利用其旋轉特性實現了循環轉輪能量收集。利用基于TENG的可植入的摩擦材料制備完全可植入的共生心臟起搏器 (SPM)。一種具有三重形狀記憶效應的彈性體，并集成開發了一種多功能自供電信息編碼設備（IED）。

圖4. 各種固-固界面 CE 衍生出的應用場景，包括：a 能量收集；b 生物治療；c 智能物聯網；d 信息編碼。

  V 文章總結了基于不同界面CE的TENGs的可進一步開發的應用領域，希望能為未來的界面設計提供有價值的指導，從而實現更廣泛的實際應用和更優異的性能。

圖5. 基于不同界面CE的TENGs的可進一步開發的應用領域。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01238-8