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利用摩擦起电发电的基本原理：在两块塑料（蓝色为聚甲基丙烯酸甲酯即有机玻璃，黄色为Kapton即杜邦公司生产的聚酰亚胺薄膜）发生接触和分离的过程中，电流不断在两块金属电极（红色）之间流动。图片引自参考文献[1] 这个装置看起来很不错，怎么现实生活中似乎没有人使用它呢？这是因为摩擦起电虽然经常可以在两个物体的表面之间产生很高的电压，但产生的电流却比较微弱，转化的电能实际上相当有限。因此，虽然早就有研究人员尝试开发利用摩擦起电原理的发电机，例如著名的范德格拉夫起电机，但这些装置在实际应用却鲜有人问津。摩擦起电，看来注定只能停留在冬天穿脱化纤衣服时令人厌恶的啪啪声了。 然而，近些年来，随着纳米技术的发展，一些研究人员又看到了蕴藏在摩擦起电这一现象后面的巨大潜力。 刚才我们提到，通过让覆盖了金属电极的两块塑料薄板反复经历接触-分离的过程，我们可以构建一个利用摩擦起电原理的发电机。当然，与其他的发电机相比，摩擦起电发电机的效率要低得多。那么有没有办法提高它的效率呢？ 我们知道，摩擦起电现象发生在互相接触的两个物体的表面之间。设想有两块厚度均为1厘米的塑料板，互相接触时能够产生静电。如果我们保持它们的表面积不变，但是把厚度减小到几十微米，那么当它们彼此接触时，摩擦起电的过程并没有受到明显的影响。然而随着厚度的大幅减小，搭建这个装置所需要的材料也比原来少了很多。也许整个发电机能够提供的电能并没有显著提高，但考虑到整个装置的重量只有原先的差不多百分之一甚至更少，我们可以用同样的原材料建造更多的发电机。也就是说，以单位重量的材料来计算，总的效率实际上是大幅提高了 变得更轻便的摩擦起电装置还会带来另外一些好处。首先，一块厚板需要相当大的外力才能让它弯曲，而一张薄膜只需要一丁点力气，例如指尖轻轻一按，它的形状就可以发生很大的变化。这就意味着利用摩擦起电，我们可以将许多平时被忽视的能量转化为电能，在后面我们还会看到这一优势是如何转化为具体的应用的。其次，许多材料学上的难题也迎刃而解了。例如许多塑料即便做成几毫米厚的薄板时弹性仍然不够好，如果用力让它弯曲，塑料板要么会破碎，要么发生永久的形状变化，总之在外力撤除后很难恢复原状。这样一来，持续地利用摩擦起电来发电自然无从谈起。然而如果把塑料做成薄膜，它的弹性会大大提高，可以反复经历接触-分离的过程。 那么如此小巧轻便的装置加工起来是否容易呢？在相当长时间内，这确实相当有挑战性，然而随着纳米技术的发展，曾经艰巨的任务变得愈发容易。例如我们不仅可以很方便地在塑料的薄膜上覆盖更薄的一层金属，还可以在塑料的表面加工出许多微观结构，增加表面之间的接触面积，从而提高摩擦起电的效率[1,2]。 毫不夸张地说，正是纳米技术的进步让摩擦起电这一古老的现象再次焕发活力，而由此诞生的发电装置也有了一个响亮的名字——摩擦起电纳米发电机（triboelectric nanogenerator，简称TENG)。事实上，摩擦起电纳米发电机诞生不过短短几年时间，在纳米技术的帮助下，它的电能转化的功率和效率都有了显著的提高[1,2]。 摩擦起电纳米发电机能有如此迅速的发展，很大程度上归功于这一领域的开拓者和领军人，著名的华人纳米技术专家王中林教授。据王教授回忆，几年前他的团队就在实验中观察到了这一现象。起初他们以为这不过是实验中的“噪音”，然而随后的分析发现这些电荷确实是来自于表面之间的摩擦，于是开始尝试建造利用摩擦起电来提供电能的装置，并取得了不小的成绩。
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