作為地球生命不可或缺的要素之一，水在宏觀上通常呈電中性狀態(tài)。然而，水特有的分子結(jié)構(gòu)使其很容易獲得電荷，從而建立了與電之間的關(guān)聯(lián)。在過去的幾十年中，水電結(jié)合的研究取得了重要進(jìn)展。盡管如此，仍有許多問題未能被充分理解，尤其是對(duì)水如何獲得電荷這一非常基礎(chǔ)的現(xiàn)象缺乏一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)與分類。此外，水的強(qiáng)起電能力反過來也促進(jìn)了許多與電相關(guān)的應(yīng)用，而現(xiàn)有的工作未能對(duì)這些覆蓋多學(xué)科的應(yīng)用進(jìn)行全面的總結(jié)。

近期，香港城市大學(xué)機(jī)械工程系王鉆開教授（現(xiàn)任職于香港理工大學(xué)）、靳袁凱博士等人在《Droplet》期刊上共同發(fā)表《水的起電：從機(jī)理到應(yīng)用》綜述文章，系統(tǒng)地評(píng)估和分類了水起電的方式，總結(jié)了近些年來以水和電為核心的前沿技術(shù)應(yīng)用，并展望了關(guān)于在水電結(jié)合的研究中所面臨的挑戰(zhàn)和未來可能的發(fā)展機(jī)遇。

該綜述主體框架包括水起電的方法機(jī)理和相關(guān)應(yīng)用（圖1）。在機(jī)理部分，該綜述首次分類、總結(jié)、歸納出三種最主要的水起電方式，包括摩擦起電（contact electrification）、感應(yīng)起電（induction electrification）以及傳導(dǎo)起電（conduction electrification），如圖2。基于上述水起電的基本方式，作者對(duì)最近十?dāng)?shù)年發(fā)展起來的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，包括水基電能收集（圖3）、電操控液滴（圖4）、電驅(qū)動(dòng)相變相關(guān)的應(yīng)用、電驅(qū)動(dòng)的光學(xué)成像應(yīng)用、靜電誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)、電噴霧相關(guān)技術(shù)等。最后，作者提出了該領(lǐng)域發(fā)展前景和面臨的挑戰(zhàn)：（1）解決目前的一些懸而未決的爭論，例如，是什么真正驅(qū)動(dòng)了靜電表面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)；（2）改善現(xiàn)有應(yīng)用的性能，例如更高效的水基電能收集；（3）極端尺度下水與電的研究，例如最近的研究揭示了納米尺度液體中的電荷波動(dòng)導(dǎo)致水-碳界面之間的量子摩擦，這種量子摩擦是否會(huì)導(dǎo)致開放空間或受限空間中電與水之間的不同作用；（4）進(jìn)一步研究水電相互作用的新機(jī)理來探索全新的應(yīng)用。

圖1 文章總覽圖：水起電與相關(guān)應(yīng)用

圖2 水起電的三種方式：（a）摩擦起電；（b）感應(yīng)起電；（c）傳導(dǎo)起電

圖3 水基電能收集：（a-i）液態(tài)水發(fā)電；（j-l）水汽發(fā)電（液態(tài)水發(fā)電可以進(jìn)一步分為三類，包括（a-c）界面效應(yīng)、（d-f）體效應(yīng)以及（g-i）離子遷移的水基發(fā)電。水汽發(fā)電則一般依賴于（j）流動(dòng)電勢及（k-l）濕氣吸附導(dǎo)致的電荷載體梯度。）

圖4 基于電刺激的液滴操控方法：（a-f）電作為唯一刺激外場進(jìn)行液滴操控；（g-k）電刺激和其他外場刺激結(jié)合進(jìn)行液滴操控

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原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/dro2.22