接觸帶電，或稱接觸充電，是指兩種材料摩擦，甚至簡單接觸后，靜電積聚的過程。盡管它與靜電、各種自然現象和眾多技術有關，但人們對其了解甚少。對于絕緣材料，甚至電荷載體的種類也可能未知，電荷轉移的方向也缺乏明確的分子水平解釋。鑒于此，來自普林斯頓大學的Michael A. Webb通過使用全原子分子動力學模擬研究了熱力學是否可以解釋絕緣聚合物之間的接觸充電現象。
文章要點：
1) 該研究證實，水離子，如水合氫離子和氫氧根離子，是潛在的電荷載體，根據聚合物表面水滴內水離子的自由可以預測聚合物表面之間電荷轉移的優選方向，并且，該結果與實驗摩擦電系列之間的廣泛一致，說明了熱力學驅動的離子轉移可能會影響聚合物的接觸充電；
2) 此外，該研究揭示了水和聚合物-水界面附近的水離子的特定相互作用如何解釋觀察到的趨勢，確定了絕緣體接觸充電中熱力學驅動力與分子水平相互作用提供的新證據的相關性，同時，該研究對涉及聚合物材料的接觸充電的未來機理研究和應用具有重要意義。
參考資料：
Zhang, H., Sundaresan, S. & Webb, M.A. Thermodynamic driving forces in contact electrification between polymeric materials. Nat. Commun. (2024).
DOI：10.1038/s41467-024-46932-2
https://doi.org/10.1038/s41467-024-46932-2
