近日，國際著名學術期刊Advanced Science《高級科學》（IF：17.52）在線發表了武漢大學電氣與自動化學院唐炬教授團隊在油浸式輸配電裝備狀態監測領域取得的最新成果，論文題目為“Triboelectric Mechanism of Oil-solid Interface Adopted for Self-powered Insulating Oil Condition Monitoring”（《油-固界面摩擦起電機制及絕緣油中微量水分自取能傳感》）。電氣與自動化學院肖淞副教授、博士生吳豪穎為論文共同第一作者，李祎副研究員為論文通訊作者。

絕緣油在以變壓器為代表的油浸式輸配電裝備中起到絕緣和冷卻的重要作用。然而，設備強迫油循環產生的流動油會與絕緣紙板發生液-固摩擦，引發界面電荷分離并形成沖流電流（即“油流帶電”），對設備絕緣構成威脅。另外，絕緣油中因長期電、熱等應力老化產生的微水等雜質會影響油紙絕緣綜合性能和設備可靠性。因此，厘清油-固摩擦起電機制并開展油中雜質的監測具有重要意義。

該研究利用液滴式摩擦納米發電機（Droplet-TENG）作為電荷“探針”，系統解析了絕緣油與固體聚合物界面的電荷轉移及雙電層形成過程，首次證實了電子轉移在油-固摩擦起電發展初期占據主導作用。隨著油-固摩擦的發展，轉移電荷、感應電流逐步降低并趨于穩定，界面電勢則呈飽和增長變化；隨后，電荷轉移載流子由電子變為離子，并最終達到靜態平衡。

進一步地，作者發現絕緣油中不同組成成分的摩擦起電特性存在顯著差異，電荷轉移量由高到低依次為：芳香烴>環烷烴>長支鏈烷烴>短支鏈烷烴。在此基礎上，提出了油中多組分在雙電層發展中的競爭效應，解釋了不同成分加入對“緊密層”（Stern layer）和“擴散層”（Diffuse layer）的影響過程（圖2）。最后，針對絕緣油中微量水分的監測需求，構建了管狀結構摩擦納米發電機（Tubular-TENG）作為自取能傳感器，獲取了油中微水含量與油-固摩擦起電響應間的關聯關系，證實了利用油-固摩擦起電效應可實現油中微量水分的高精度檢測。

該項工作深入揭示了油-固摩擦起電機制并豐富了絕緣油中雜質傳感策略，為深刻理解油流帶電、絕緣油狀態監測等提供了新見解和新思路。研究工作得到國家重點研發計劃（2020YFB0905900）、國家自然科學基金青年項目（52207169）和博士后創新人才支持計劃（BX2021224）的資助。