液固界面摩擦起电机理、调控与静电防护研究

Triboelectrification between the liquid and the solid surface, which is the foundation to fabricate the triboelectric nanogenerator for liquid-solid friction energy harvesting, on the other hand, can generate static electricity, which is a hidden danger for petroleum transport and industrial production and may result in heavy casualties and economic losses. It's very important to reveal the mechanism of triboelectric charge generation and realize effective control of triboelectric charge quantity at liquid-solid interface in guiding the development of liquid-solid triboelectric nanogenerator and anti-static material. In this project, we will fabricate the friction layers with different compositions and structures by hot pressing method using anodic aluminum oxide as the template, then investigate the influence factors and rule of triboelectric charge generation at liquid-solid interface, and finally reveal the mechanism of triboelectric charge generation and realize effective control of triboelectric charge quantity at liquid-solid interface. The study will provide a theory basis and technical guidance to develop high output liquid-solid triboelectric nanogenerator and high-efficiency anti-static material.

液体和固体界面处的相对运动会产生摩擦电荷，该现象一方面可以用于制作液固摩擦纳米发电机，实现液固摩擦能的收集利用，缓解能源压力；另一方面会产生静电，给石油输运、工业生产带来安全隐患，造成人员伤亡和经济损失。研究液固界面摩擦电荷的产生机理，实现摩擦起电性能的有效控制，对液固界面摩擦发电和静电防护等研究有重要的指导作用。本项目拟利用AAO模板热压工艺制备不同表面成分和形貌结构的摩擦层材料，研究固体表面成分、形貌结构、液体类型、液体中所含杂质等多种因素对液固界面摩擦起电性能的影响，全面地认识液固界面摩擦电荷的产生规律，揭示液固界面摩擦起电的微观机理，进而实现液固界面摩擦起电性能的有效调控。研究将为发展高输出液固摩擦纳米发电机和高效液固静电防护材料提供理论依据和技术指导。

研究液固界面摩擦电荷的产生机理，实现摩擦起电性能的有效控制，不仅可以为发展高效防静电材料提供理论依据和基础支持，还能充分发挥摩擦起电的优势，为实现摩擦能的收集利用开辟新的途径。因此，研究液固摩擦起电的机理与界面调控具有重要理论价值和现实指导意义。.本项目在执行周期内，围绕固液界面摩擦起电性能调控及应用开展研究工作，取得一系列研究成果，完成项目预定目标。在项目资助下发表SCI论文9篇，授权专利2件，取得的代表性成果有：（1）通过研究固体表面结构、成分、界面润湿性等多种因素对液固界面摩擦起电性能的影响，阐明了液固界面摩擦电荷的产生规律及其机理，发现液固摩擦起电对表面组分的敏感程度胜于表面结构，并且界面润湿性对液固摩擦起电的输出起主导作用。（2）通过对摩擦材料的表面进行微结构构造及表面功能化，实现了液固界面摩擦起电性能的有效调控。（3）增大液固界面摩擦产生的电荷量，制作出具有高输出性能的液-固摩擦纳米发电机，实现了对液固界面摩擦能的高效收集，并设计研制了用于水溶液中甲醛和酒精检测的自供能传感器。（4）通过调控固体摩擦层的润湿状态，在材料表面迅速形成一层水膜，将聚合物与水摩擦过程中的摩擦起电信号降低约3个数量级，从界面润湿性视角实现了液-固摩擦电的防治，拓宽了液-固防静电策略，为防静电领域提供了一个新思路。（5）掌握了不同油类与固体界面摩擦起电性能规律，并将其用于油中水分含量检测。.以上研究结果，对于设计制作高输出液固摩擦纳米发电机制作和高效液固静电防护材料提供了相应的理论依据和技术支持。