类型b：学术报告
作者及机构
本文由Karl P. Olson和Laurence D. Marks（通讯作者）撰写，两人均来自美国西北大学材料科学与工程系（Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University）。文章于2025年10月9日发表在期刊*Reports on Progress in Physics*（*Rep. Prog. Phys.*）上，标题为《Is triboelectricity confusing, confused or complex?》。
主题
本文是一篇关于摩擦电现象（triboelectricity）的综合性综述，旨在梳理摩擦电研究的历史背景、理论基础、实验现象及现有模型，并探讨其复杂性和争议点。
摩擦电现象（即接触带电和滑动带电）自公元前585年由泰勒斯（Thales of Miletus）首次记录以来，至今仍存在诸多未解之谜。作者指出，摩擦电的复杂性源于以下原因：
- 多学科交叉性：涉及摩擦学（tribology）、静电学、表面科学、半导体物理等多个领域。
- 历史遗留问题：早期研究未充分考虑接触电势（contact potential）、界面态（interface states）和粗糙接触（asperity contacts）等因素。
- 不可重复性：实验条件（如湿度、表面污染）未严格控制，导致结果差异大。
支持证据：
- 引用1867年Harris的观察，发现电荷转移方向可随接触力反转。
- 引用1923年Richards的实验，表明碰撞与滑动导致的电荷转移符号相反。
作者提出摩擦电的驱动力（drivers）、触发因素（triggers）、机制（mechanisms）和依赖条件（dependencies）框架：
- 驱动力：接触电势差、应变梯度导致的极化（如挠曲电效应，flexoelectricity）。
- 触发因素：弹性/塑性接触（asperity contacts）。
- 机制：电子/离子转移、陷阱态（trap states）捕获电荷。
- 依赖条件：湿度、温度、表面粗糙度等。
支持理论：
- 挠曲电效应：应变梯度打破对称性，产生极化（图8）。该效应在纳米尺度显著，2019年首次被引入摩擦电模型。
- 经典静电学：广义安培定律（∇·D=ρ_f）结合极化与自由电荷，可统一描述摩擦电。
表面结构、吸附物和晶向对接触电势有显著影响：
- 表面终止：以SrTiO₃（001）为例，SrO终止表面功函数为4.0 eV，而TiO₂终止表面为5.6 eV（表3）。
- 化学吸附：羟基（OH⁻）吸附降低功函数，而氯离子（Cl⁻）吸附增加功函数（图12）。
- 界面偶极子：金属-氧化物界面（如Ni/NiO、Al/NiO）的偶极方向不同，影响电荷转移（图13）。
实验证据：
- 引用1915年Shaw的研究，表明退火可改变表面态和摩擦电行为。
- 引用1988年Lowell和Brown的实验，证明卤素取代羟基可反转电荷转移符号。
电荷转移的不可逆性源于陷阱态对载流子的捕获：
- 陷阱态类型：表面Tamm态、体相缺陷态（图17）。
- 环境依赖性：湿度可能钝化表面缺陷态，影响电荷保留。
支持数据：
- 引用Xu等（2024）的聚合物-金属接触实验，测得深浅陷阱态的能量分布（图18）。
作者认为摩擦电是经典摩擦学与静电学的结合，无需引入新术语（如“摩擦伏特效应”tribovoltaic effect）。主要争议点包括：
- 挠曲电效应的权重：是否足以解释相同材料间的电荷转移（如曲率差异导致极化）。
- 材料转移的作用：摩擦过程中的转移层（transfer layers）可能反转接触电势。
案例：
- Mizzi和Marks的模拟显示，相同材料因曲率差异可通过挠曲电效应产生电荷转移。
理论价值：
应用价值：
其他有价值内容
- 提出“决策树”（图2）帮助研究者逐步分析摩擦电问题。
- 强调实验可控性的重要性，呼吁标准化表面处理与环境条件。