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香港大學（港大）工程學院機械工程系申東民教授領導研究團隊，首次揭示了離子在電荷轉移過程中的關鍵作用，並發現相關作用會隨環境濕度變化而改變。

團隊透過這項發現，深化了對「接觸帶電」現象的理解, 即當兩種不同材料接觸後分離時產生靜電的過程。此現象應用廣泛，如影印、噴塗、能量收集及自供電感應器等。該研究成果已發表於《先進功能材料》（Advanced Functional Materials），題為「運用離子聚合物量化接觸帶電過程中的電子與離子轉移（Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers）」。

申東民教授團隊提出突破性證據，當兩種固體表面接觸時，電子與離子會同時發生轉移。此發現顛覆了「靜電僅由電子轉移產生」的傳統認知。實驗中，研究團隊採用三種薄膜材料——陰離子型離聚物Nafion 211、陽離子型離聚物FAA-3及非離子聚合物尼龍，與氟化乙烯丙烯（FEP）薄膜進行摩擦實驗。透過熱衰變分析與先進表面離子檢測技術，研究人員首次能夠清晰地分離並測量電子與離子轉移的貢獻。

研究顯示，不同的離聚物材料在電荷轉移行為上存在顯著差異，而濕度則大大放大了離子的作用。在相對濕度超過50%的情況下，離子轉移不僅增強了表面電荷密度，更能抵消濕氣導致的電荷流失。

值得注意的是，即使僅有不足2%的離子穿越界面，其對穩定與增強靜電荷的影響力卻超乎預期，能有效穩定並強化摩擦起電。為了進一步揭示其內在機制，研究團隊進行了分子動力學模擬，結果顯示水分子在離聚物薄膜內部形成連續的納米級通道，使可移動離子得以向界面擴散，從而解釋了為何高濕環境會促進離子電荷轉移。

該論文的共同第一作者馬曉婷博士說：「這是我們首次能夠明確地分離和測量電子和離子在固體接觸起電中的貢獻。通過使用Nafion和FAA薄膜作為模型系統，我們對陰離子和陽離子在不同濕度下的行為差異獲得了獨特的見解。」

申教授進一步闡述這項研究的廣泛影響：「透過量化固體接觸分離中電子和離子轉移的百分比，我們為開發在潮濕環境中仍穩定運作的接觸帶電材料提供了新的設計原理。這不僅推動了基礎科學的發展，也為印刷、塗層、環境監測和能量收集等環保技術開闢了實用途徑。」

研究亦證明，若在非離子聚合物表面引入離子，便能顯著提升其耐濕性，為設計穩健可靠的摩擦起電材料提供了可行策略。研究團隊進一步將 Nafion 與 FAA 薄膜整合至摩擦式奈米發電機（TENGs）中。結果顯示，這些裝置即使在潮濕環境下亦能保持穩定輸出，成功點亮78 顆 LED 陣列，並在數千次循環後仍具良好性能。

論文連結：Quantifying Electron and Ion Transfers in Contact Electrification with Ionomers (wiley.com)

關於申東民教授：
申東明教授是香港大學(HKU)機械工程系的助理教授。他的研究集中在自供能納米電子學，主要專注於供能元件如能量收集與儲存裝置。他的團隊已將多種可再生能源，包括人體運動、液滴、水分和風能，轉化為電能。此外，為了儲存這些來自可再生能源的電能，他的團隊還設計並開發了一種應用于高容量電池的新型單離子導電高分子電解質。

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