接触带电，或称接触充电，是指两种材料摩擦，甚至简单接触后，静电积聚的过程。尽管它与静电、各种自然现象和众多技术有关，但人们对其了解甚少。对于绝缘材料，甚至电荷载体的种类也可能未知，电荷转移的方向也缺乏明确的分子水平解释。鉴于此，来自普林斯顿大学的Michael A. Webb通过使用全原子分子动力学模拟研究了热力学是否可以解释绝缘聚合物之间的接触充电现象。

文章要点：

1) 该研究证实，水离子，如水合氢离子和氢氧根离子，是潜在的电荷载体，根据聚合物表面水滴内水离子的自由可以预测聚合物表面之间电荷转移的优选方向，并且，该结果与实验摩擦电系列之间的广泛一致，说明了热力学驱动的离子转移可能会影响聚合物的接触充电；

2) 此外，该研究揭示了水和聚合物-水界面附近的水离子的特定相互作用如何解释观察到的趋势，确定了绝缘体接触充电中热力学驱动力与分子水平相互作用提供的新证据的相关性，同时，该研究对涉及聚合物材料的接触充电的未来机理研究和应用具有重要意义。

参考资料：

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