香港大学（港大）工程学院机械工程系申东民教授领导研究团队，首次揭示了离子在电荷转移过程中的关键作用，并发现相关作用会随环境湿度变化而改变。

团队通过这项发现，深化了对“接触带电”现象的理解，即当两种不同材料接触后分离时产生静电的过程。此现象应用广泛，如影印、喷涂、能量收集及自供电传感器等。该研究成果已发表在《先进功能材料》^（Advanced Functional Materials），题为“运用离子聚合物量化接触带电过程中的电子与离子转移（Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers）”。

申东民教授团队提出突破性证据，当两种固体表面接触时，电子与离子会同时发生转移。此发现颠覆了“静电仅由电子转移产生”的传统认知。实验中，研究团队采用三种薄膜材料 — 阴离子型离聚物Nafion 211、阳离子型离聚物FAA-3及非离子聚合物尼龙，及氟化乙烯丙烯（FEP）薄膜进行摩擦实验。通过热衰变分析与先进表面离子检测技术，研究人员首次能够清晰地分离并测量电子与离子转移的贡献。

研究显示，不同的离聚物材料在电荷转移行为上存在显著差异，而湿度则大大放大了离子的作用。在相对湿度超过50%的情况下，离子转移不仅增强了表面电荷密度，更能抵消湿气导致的电荷流失。

值得注意的是，即使只有不足2%的离子穿越界面，其对稳定与增强静电荷的影响却超出预期，能有效稳定并强化摩擦起电。为了进一步揭示其内在机制，研究团队进行了分子动力学模拟，结果显示水分子在离聚物薄膜内部形成连续的纳米级通道，使可移动离子得以向界面扩散，从而解释了为何高湿环境会促进离子电荷转移。

该论文的共同第一作者马晓婷博士表示：“这是我们首次能够明确地分离和测量电子和离子在固体接触起电中的贡献。通过使用Nafion和FAA薄膜作为模型系统，我们对阴离子和阳离子在不同湿度下的行为差异获得了独特的见解。”

申教授进一步阐述这项研究的广泛影响：“通过量化固体接触分离中电子和离子转移的百分比，我们为开发在潮湿环境中仍稳定运作的接触带电材料提供了新的设计原理。这不仅推动了基础科学的发展，也为印刷、涂层、环境监测和能量收集等环保技术开辟了实际应用途径。”

研究还证明，若在非离子聚合物表面引入离子，便能显著提升其耐湿性，为设计稳健可靠的摩擦起电材料提供了可行策略。研究团队进一步将Nafion与FAA薄膜整合到摩擦式纳米发电机（TENGs）中。结果显示，这些装置即使在潮湿环境下也能保持稳定输出，成功点亮78颗LED阵列，并在数千次循环后仍具良好性能。

^《先进功能材料》论文链接： https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202506471

关于申东民教授：
申东民教授是港大机械工程系的助理教授。他的研究集中在自供能纳米电子学，主要专注于供能元件如能量收集与储存装置。其团队已将多种可再生能源，包括人体运动、液滴、水分和风能，转化为电能。此外，为了储存这些来自可再生能源的电能，他的团队还设计并开发了一种用于高容量电池的新型单离子导电高分子电解质。