近日，重庆大学物理学院王雪教授课题组在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Controllable Manipulation of Large-Volume Droplet on Non-Slippery Surfaces Based on Triboelectric Contactless Charge Injection” 的研究论文。重庆大学为唯一通讯单位，物理学院博士生谭力铭和曾启煊为共同第一作者，物理学院王雪教授为通讯作者。
精准的液滴操控在生物检测、化学分析、细胞培养、临床诊断及微流控等多个领域发挥着关键作用。当前，主流的液滴操纵技术主要分为被动操控（利用拉普拉斯力或润湿梯度）与主动操控（利用外部场，包括电、磁、光、热和声）两大类。被动操纵法受限于液滴运动方向固定、运动速度缓慢及运输距离有限等因素，使得主动操纵法日益受到重视。与其他主动操纵策略相比，基于电场的液滴操纵方法因其精度高和响应速度快而被广泛关注。然而，在以往的研究中，基于电的策略主要依赖于商用高压电源，这些电源通常体积庞大、成本高昂，并对操作者构成潜在安全风险。相比之下，摩擦电纳米发电机（TENG）作为一种新兴选择，能够在有限电流的情况下生成高电压，从而为液滴操控提供了更安全、更高效的方案。尽管如此，当前基于TENG的方法主要利用传统独立层TENG作为驱动源，该类器件输出为交流脉冲信号，难以向目标液滴施加连续的静电力，导致电路设计复杂、运输距离受限、运动轨迹不灵活以及可控液滴体积有限。此外，实现无需衬底表面疏水处理或液滴预处理的无接触式液滴操控仍然具有挑战。
针对以上问题，王雪教授课题组提出了一种摩擦电非接触式电荷注入（TCCI）技术用于实现精准液滴操纵。该技术基于新型双功能摩擦纳米发电机（DF-TENG），利用DF-TENG产生的超高电压和恒定电流，持续在驱动针尖产生电晕放电，实现对目标液滴的无接触持续电荷注入。TCCI技术通过静电吸引与排斥力的协同作用，显著增强液滴驱动力，能够使液滴在多种非疏水表面沿任意路径快速、精确移动，并在操纵大体积液滴方面表现出显著优势。其可驱动的液滴体积达3000 μL，动量高达115.2 g·mm/s，是传统方法纪录最高值（23 g·mm/s）的5倍。此外，TCCI不仅适用于不同粘度的液体，还可操纵固体颗粒。借助这些独特功能，TCCI已成功演示在复杂路径的液滴驱动、化学反应、平面书写、表面清洁和虚拟游戏等方面的应用。这一工作为液滴操控提供了一种操作简单、成本低廉、灵活有效的方法，并在缺乏供电设施的场景中展示出广阔的应用前景。
该研究得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、中央高校基本科研业务费，重庆市研究生科研创新项目等基金的支持。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202313878
图示：基于TCCI技术的液滴操纵系统：A）非接触、无污染的操纵方式；B）非疏水表面的操纵条件；C）操纵目标的多样性（从液体到固体）；D）大体积、动量的液滴范围。
