近日，中国科学院北京纳米能源系统研究所的王中林院士团队通过深入研究发现，当水滴在固体表面铺展时，伴随的电荷转移自发地引发固体的动态润湿性变化。具体来说，他们发现接触角的变化量与电荷转移密度之间存在密切依赖关系，且这种变化具有显著的调控能力。具体表现为，摩擦电荷的积累增强了水和基底间的分子间相互作用，导致润湿性增强。此外，这项研究成果还揭示了 CEW 效应的机理，指出电荷转移是引发液-固界面上固态吸附的直接驱动力，而不是由水滴本身的机械运动引起的。这项研究工作将提高人们对固液界面物质交互机制的理解，对于实现新型高效材料的设计和应用具有重要意义，并有望推动电子工程、能量储存和清洁技术等领域的发展。这体现了科学方法的多样性，体现了我国科研机构在固体物理与化学领域的持续创新和卓越贡献。论文发表于《Advanced Materials》，第一唐臻为博士研究生，通讯林世权副研。

中国科学院北京纳米能源系统研究所发现的固液界面微观过程及其对材料设计的影响

近期，一项由中国科学院北京纳米能源系统研究所（CNES）王中林院士团队深度研究的结果在国际期刊《Advanced Materials》上发表，这一发现不仅深化了我们对固液界面本质的理解，也为新型高效材料的设计和应用开辟了一片新的研究领域。该研究表明，水滴在固体表面的铺展过程伴随着电荷转移，而这一过程中涉及的分子间相互作用和 CEW 效应机制，对改变液体表面的接触角，进而影响其吸附力和疏水性能具有显著的调控能力。
首先，通过深入研究水滴在固体表面的动态润湿性变化，王中林院士团队揭示了电荷转移和粘附现象之间的密切联系。他们注意到，当水滴在固体表面的接触角发生改变时，通过电荷转移形成的静电场会引起固体表面分子间的相互吸引力增强，从而增加水和基底之间的结合力。这一过程可以通过计算和实验验证，展示了水滴表面静电场的特征和特性，这对于理解水滴内部结构以及进一步优化其吸附和润滑性能至关重要。
另一方面，摩擦电荷的积累也是水和基底间界面稳定性的重要因素。这些电荷具有极大的表面积和高能级性质，能够在表面迅速形成强烈的电子迁移势垒，极大地提升了水和基底之间的化学反应活性，加速吸附和脱附过程。因此，研究人员发现，摩擦电荷的积累可以显著增加液-固界面上的电荷转移密度，从而促进固态吸附的生成和发生。
CEW 效应则是这类情况下关键的动力机制之一，它是指电荷转移过程中产生的电荷空间分布，直接影响到液-固界面的局部电荷密度和形态分布。根据初步的研究，CEW 效应能够引发液-固界面上固态吸附的主要方式有两种：一是水滴内部的金属离子或聚合物等电位移动形成静电桥，进而产生反极化电压；二是液面分子间由于电荷转移形成的空间突变，通过电场分布参数调整实现明显的位移和伸缩。这两种机制都能够在一定程度上调控固态吸附的动态响应，从而调节着液体表面的接触角和微观颗粒间的相互作用。
此项研究的成功揭示，进一步证明了科学方法在固液界面物质交互机制方面的多样性和实用性。从表面接触角的变化测量，到吸附过程中的电荷转移密度调控，再到吸附力和疏水性能的关键驱动因素分析，这些基础研究为我们深入了解和利用固液界面提供了全新的视角，为设计和开发新型高效材料提供有力的支持。
这一研究成果不仅有助于进一步深入理解固液界面的微观行为和机理，对于提升各类新型高效材料在环境治理、能源存储、生物医学等领域的应用效果具有重要价值。例如，在能源存储领域，对于锂离子电池负极材料的改性设计，就可能借助于这一机制，通过调控界面电荷分布和粒子之间的吸附力，实现材料能量转化效率的提升；在环保领域，研究该过程对水体污染物的净化和吸附功能，可为构建新型环保材料和器件提供理论依据和实践指导；在生物医学领域，通过对接触角变化规律的研究，揭示了血液流动的微观过程，有助于开发更加精准的医疗设备和药物研发技术。
总的来说，中国科学院北京纳米能源系统研究所的这项科学研究充分展现了我国科研机构在固体物理与化学领域的持续创新和卓越贡献。他们的研究成果不仅拓宽了我们对固液界面微观过程的认识，同时也为材料设计和应用的未来奠定了坚实的基础，具有广泛的实际应用前景和社会意义。这一发现将进一步推动我国科技自立自强的战略目标，助力中国在全球科技创新竞争中取得新的优势地位。