摩擦起电效应

摩擦起电效应（也称为摩擦带电）是一种接触带电，某些材料在与与其接触的不同材料分离后会带电。 将两种材料相互摩擦会增加它们表面之间的接触，从而增加摩擦电效应。 例如，用毛皮摩擦玻璃，或用塑料梳子梳理头发，都会产生摩擦电。 大多数日常静电都是摩擦生电。 产生的电荷的极性和强度根据材料、表面粗糙度、温度、应变和其他特性而不同。

摩擦电效应非常难以预测，只能进行广泛的概括。 例如，琥珀可以通过与羊毛等材料接触和分离（或摩擦）而获得电荷。 此属性首先由 Miletus 的 Thales 记录。 电这个词来源于威廉吉尔伯特最初的造币，electra，起源于希腊语中的琥珀词，ēlektron。 前缀 tribo-（希腊语为“摩擦”）指的是摩擦学中的“摩擦”。 当一起摩擦时可以获得大量电荷的其他材料示例包括用丝绸摩擦的玻璃和用毛皮摩擦的硬橡胶。

一个非常熟悉的例子可能是用塑料笔在几乎任何典型材料（如棉、羊毛、聚酯或现代服装中使用的混纺织物）的袖子上摩擦。 当笔接近时，这种带电的笔很容易吸引并拾起小于一平方厘米的纸片。 此外，这种笔会排斥类似带电的笔。 这种排斥力在将两支笔挂在线上并将它们放在彼此附近的敏感设置中很容易检测到。 这样的实验很容易得出两种可量化电荷的理论，一种实际上是另一种的负值，简单的求和符号给出了总电荷。 带电塑料笔对中性不带电纸片的静电吸引（例如）是由于纸内电荷的暂时电荷分离（电极化或偶极矩）（或者可能是xxx分子或原子电偶极子的排列）。 随着偶极子的稍微靠近的电荷在来自笔的不均匀场中被更强烈地吸引，并且随着距离的增加而减小，然后出现净力。 在均匀电场中，例如在平行电容器板内，小纸片中会发生暂时极化，但净吸引力为零。

摩擦电效应现在被认为与粘附现象有关，其中由不同分子组成的两种材料由于不同分子之间的吸引力而倾向于粘在一起。 虽然粘附不是原子之间的化学键，但不同类型的分子之间存在电子交换，导致分子之间的静电吸引力将它们结合在一起。 粘附在一起的材料的物理分离导致材料之间的摩擦。 由于不同材料中分子之间的电子转移不是立即可逆的，因此一种分子中的过量电子会留下，而另一种分子中会出现电子不足。 因此，材料可以产生正电荷或负电荷（另见静电），在材料分离后会消散。

摩擦起电（或接触起电）的机制已争论多年，可能的机制包括电子转移、离子转移或材料的物种转移。 2018 年使用开尔文探针显微镜和摩擦纳米发电机进行的最新研究表明，电子转移是固体与固体之间摩擦起电的主要机制。 功函数模型可用于解释金属和电介质之间的电子转移。 表面态模型可用于解释两种电介质之间的电子转移。 对于一般情况，由于任何材料都会发生摩擦起电，Wang 提出了一个通用模型，其中电子转移是由两个原子之间的强电子云重叠引起的，通过缩短键合长度来降低原子间势垒。

基于该模型，研究了温度和光激发对摩擦起电的影响。 这种模型可以进一步扩展到液-固、液-液甚至气-液的情况。

摩擦电系列是按某些相关属性排序的材料列表，例如一种材料相对于列表中的其他材料产生电荷的速度。 Johan Carl Wilcke 在 1757 年的一篇关于静电荷的论文中发表了xxx篇文章。 材料通常按照它们在 t 时电荷分离的极性顺序列出。