材料的疏水特性被广泛用于工业分离、实验室移液以及医疗器械等场景。研究人员指出，当水与疏水表面接触时，界面往往会出现微小电荷，这一现象普遍存在但机制仍未被充分理解。沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）研究团队围绕该问题开展实验研究，并将结果发表在《Langmuir》。

KAUST研究人员表示，这种带电现象并非仅限于实验室条件。在自然环境中，露珠与雨滴等过程可能涉及类似效应；在工业环节中，喷雾、冷凝或乳液相关操作也可能受到影响；此外，现代微流控与液体处理系统在全球实验室的广泛使用，使得界面电荷问题具有现实意义。该研究的实验工作由在Himanshu Mishra实验室工作的博士生徐银锋主导。

用毛细管与法拉第杯测量水滴电荷

在实验设计上，研究团队将水吸入经过疏水处理的玻璃毛细管，再将形成的水滴释放到法拉第杯中。法拉第杯为连接高灵敏电计的铜制容器，可用于测量水滴携带的微小电荷。研究人员称，疏水表面使水以水滴形式离开毛细管，并且几乎不在管内残留。

为区分电荷效应来源，团队使用了具有不同化学涂层的玻璃毛细管进行对比。实验结果显示，水滴可能带正电或负电，电荷极性取决于毛细管表面涂层类型。

释放速度对电荷影响显著

研究进一步改变了水的吸入与释放速度。结果显示，液体吸入速度对电荷影响不明显，水在毛细管内停留时间的变化也未带来显著差异。相较之下，水滴从毛细管释放的速度对电荷影响明显。Mishra表示，液体从表面拉开的速度越快，产生的电荷越多。

团队还对“反复吸水—释放水滴至法拉第杯”的循环过程进行拆分验证，确认每个循环的最后一步——水滴释放——是电荷产生的主要阶段。研究人员指出，直觉上可能认为电荷主要在水首次接触表面时产生，但实验结果显示主要电荷生成发生在水滴脱离表面时。

表面出现“记忆效应”

研究还观察到，改变水滴释放速度不仅影响当次水滴电荷，也会影响下一循环吸水阶段的电荷转移。徐银锋表示，界面并非在每次水滴释放后简单回到中性状态，而是会“记忆”近期状态，并对后续循环中的电荷转移产生影响。

研究团队称，这些发现有助于解释此前其他研究中出现的相互矛盾观察，并为进一步厘清电荷产生的具体机制提供基础。

在应用层面，研究人员指出，相关结论可能对涉及液体的工业过程以及处理极小体积液体的微流控设备具有意义。徐银锋表示，在微流控系统中，即便是微小电荷也可能显著影响颗粒、水滴或生物分子的运动；明确电荷产生的时间与方式，有助于提升微流控设备在依赖精确控制微量液体实验中的可靠性与重复性。

研究人员表示，下一步计划建立理论模型，以基于水在疏水表面上的运动来预测电荷产生情况。