镇楼图是今年的一篇Nature的Fig 1。hk城市大学的Zuankai Wang老师作为通讯作者。
这篇文章为什么能发Nature呢？因为他们首次实现了水滴发电的应用。用水滴滴在PTFE（聚四氟乙烯）上，聚四氟乙烯表面就会聚集负电荷。然后用如图所示的装置制造回路，就得到了可以用来做功的电流。如图所示，他们一口气点亮了三百多个灯泡。

而水滴发电的核心，就是接触带电。也就是两个不一样的物体（比如水和PTFE）接触后，其中一方带正电、一方带负电的现象。
这一现象其实就是静电。但是几千年来人们对静电的研究非常不充分。对静电的形成机理、控制方法都不清楚。

让我们从静电的角度理解一下这个水滴发电装置：当水滴到PTFE表面时，水和PTFE就形成了一个事实上的电容——把正负电荷分开储存的东西就是电容。这一电容对应图中的C1。
当水和Al没有接触的时候，水和Al没有形成电容。并且整个电路是断开的。这对应Fig 3a的状态。
当水和Al接触上的时候，水和Al也出现了接触带电现象（先前实验表面Al会带正电，水带负电）。这时候水——吕中间也形成了电容。这就是图中的C2。同时，含有离子的水相当于有电阻的导体。水和铝接触相当于合上了电路的开关、闭合回路。水的电阻在图中被Rw表示。

Cp是PTFE自身的电容。这不重要，考虑的时候可以暂时忽略。
可以思考一个问题：C1和C2两个电容，分别是哪个极板正、哪个极板负？为什么会形成电流？

可以看到，电路上方的电阻、导线和与之直接相连的左右两个上侧极板其实都是水。左侧电容下极板是PTFE，右侧电容下极板是Al。负电荷和正电荷正好相接，于是电流就产生了，可以发电了。

那么接触带电是怎么产生的呢？目前有两种学说：电子转移说和离子转移说。
图为水和PFTE接触后，PTFE带负电而水带正电的示意图。

帮顶顶...

顶

电子转移的含义是：两个物体接触时，由于两个物体的表面（注意是表面不是本体）对电子的亲和势不同，所以造成电子向表面能级更低的物体流动，形成静电。
下图是典型的金属能级图。下方多个横线代表着金属【本体】众多连续的、能容纳许多电子的能级。能级最上端叫费米能级（准确的说是绝对零度下电子的最高能级是费米能级。在温度不太高的情况下，电子最高能级近似为费米能级）。而上方的虚线代表金属【表面】的电子能级。弧线的最上端代表电子在真空无穷远处的能量。

当两个金属接触的时候，我们认为两个金属的费米能级迅速统一为同一个值。这是因为电子在金属中是自由的，如果两块金属的不是同一值，电子会大量流向费米能级低的地方。而这与观测不符。
虽然接触的金属的费米能级是相同的，但是他们表面能级是不同的。高表面能级的金属的表面电子会流向低表面能级的金属的表面（右流向左），从而导致一个金属带负电，一个带正电。电子转移说认为，这是接触带电的由来。

按照电子转移说，两块表面能级差距巨大的金属，它们之间接触带电后，应该会导致一块金属特别正，而另一块金属特别负。而这是不符合观测的。静电普遍在10^-4 C/m^2数量级，也就是每10^4个原子拥有一个电荷的量级。这也就意味着接触带电所带的电荷是密度低，且不同材料间变化不太剧烈的（大概2～3个数量级的差距）。
为了解释这一现象，电子转移说把接触带电过程划分为两个阶段

硬核介绍

当金属仍在接触的时候，电子一方面不断地在界面上转移，另一方面不断地从带负电的金属流回带正电的金属 形成动态平衡。
现在如果把两个金属分开。如果认为此时造成了断路，电子回流停止了，那么两个金属的带电量等于电子在两个表面能级下进行玻尔兹曼分布时的带电量。
但是，电子回流是不会停止的。因为空气可以发生击穿。也就是电子可能通过脱毛衣时噼里啪啦地静电释放的方式从富有电子的金属转移到缺电子金属上。

woc，强，帮顶