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。

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

这张图指的是两个金属分离的时候，电容和电阻的随距离变化的示意图。根据电容的决定式，电容和距离z的一次方成反比。因此电容随着距离z的增加而（相对）缓慢地降低。然而，电阻随着距离的增加先缓慢升高，到达某一距离Z0后陡然上升。这是电阻增大使得空气不再能被击穿的距离。而之前的低电阻其实是被击穿空气的电阻，而之后的高电阻则是原本空气的电阻。
如果视两金属间的电势差不变（均为表面能级之差），则两金属分离后，最后剩下的电荷量，则为距离Z0下的电容C0，与两金属间表面能级之差△phi的乘积：
Q=C0*△phi

补上图，△phi=phiA-phiB

因此，在金属表面电位区别不太小的情况下，表面带电的多少主要由放电决定，而不是充电决定。

电子转移理论有一些实验数据做支撑，尤其是在金属-金属接触带电方面我觉得电子转移可以完美解释实验现象。
如图为各个金属与Cr单质接触带电的电量，与各金属与Cr的表面电势差的关系。大家可以发现，电负性大的金属（通常就是表面电位低的金属）带较多负电，电负性较小的金属带较少负电。