北京理工大學劉檢華教授/林世權副教授團隊：摩擦起電機理、調控與應用研究的現狀及展望丨JME文章推薦

引用論文

林世權, 張弛, 劉檢華. 摩擦起電機理、調控與應用研究的現狀及展望[J]. 機械工程學報, 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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摩擦起電現象是一個常見卻又神秘的物理效應，具有普遍性、高敏感性，能夠產生高電場和強靜電力等特點，其應用前景廣闊。北京理工大學劉檢華教授/林世權副教授團隊闡述了摩擦起電的研究體系特點，詳細介紹了金屬-金屬、絕緣體摩擦界面電子和離子轉移模型，描述了半導體摩擦界面的摩擦伏特效應，總結了一系列摩擦界面電荷轉移量調控手段，并論述了包括摩擦納米發電機、摩擦電智能傳感技術在內的幾種摩擦起電應用的原理。最后指出了摩擦起電未來研究將以電荷調控方法為核心、以表界面設計為基礎，并呈現出機理研究量子化、調控方法多維化/極端化、器件設計多功能一體化等研究趨勢 。該團隊的研究成果以題為《摩擦起電機理、調控與應用研究的現狀及展望》發表在《機械工程學報》2025年第19期。

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行業現狀

當前，摩擦起電研究已從基礎機理探索進入以應用為導向的發展階段。摩擦電智能傳感成為熱點方向，在能量收集、環境監測、人機交互等領域展現出潛力。產業化方面，部分技術（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、材料穩定性不足等挑戰。未來研究將聚焦于電荷調控與表界面工程，以推動器件性能突破與多功能集成應用。

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研究難點或瓶頸

摩擦起電研究的主要瓶頸在于：機理尚未完全明確，尤其是絕緣體界面電荷轉移的電子/離子之爭；調控手段雖多，但缺乏系統理論與精準設計方法，難以實現穩定、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，且材料耐久性與環境適應性不足；多物理場耦合作用復雜，實驗表征與理論建模仍面臨挑戰。

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展望

摩擦起電研究正朝著機理微觀化、調控多維化、器件集成化與應用融合化的方向發展。未來研究將聚焦于揭示電子/離子轉移的量子動力學過程，并通過表面工程、結構設計等多維度手段實現對電荷轉移的精準與極端調控，從而驅動摩擦起電器件向高功率輸出、高穩定性及多功能一體化演進，同時進一步拓展其在智能傳感、生物界面及自供能系統等前沿領域的交叉應用，最終構建起從基礎機理到系統集成的全鏈條研究體系。

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代表性圖片

作者及團隊介紹

劉檢華，北京理工大學機械與車輛學院黨委書記，入選國家高層次領軍人才，北京理工大學唐山研究院智能制造中心主任，北京理工大學珠海校區智能制造團隊帶頭人，河北省智能裝配與檢測技術重點實驗室主任。擔任國家國防科技工業科技委成員，國家智能制造專家委員會委員，國家重點研發計劃“高性能制造與重大裝備”指南專家，中國圖學學會數字孿生專委會主任，中國機械工程學會生產工程分會副主任等。長期從事數字化制造、精密裝配等方向研究，先后主持了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃項目（首席）、國防基礎科研項目、裝備預先研究項目等科研項目50余項，發表學術論文500余篇（其中SCI收錄200余篇，他引1萬余次），授權國家發明專利90余項，獲國家科技進步二等獎1項，以及國防科技進步一等獎和中國機械工業科學技術發明一等獎等省部級科技獎勵8項。

林世權，北京理工大學副教授。主要從事摩擦起電機理、摩擦電傳感、微液滴帶電行為等研究，主持國家自然科學基金青年/面上項目、國家科技重大專項課題、北京市重點聯合項目等，獲溫詩鑄楓葉獎、小米青年學者、北京市科技新星，入選斯坦佛大學top2％頂尖科學家榜單。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.，Friction，Tribol. Int.等SCI期刊上發表論文30余篇，被引5800余次，H因子34。

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近兩年團隊發表文章

[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

責任編輯：杜蔚杰

責任校對：張 強

審 核：張 彤

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