5块钱就能买到的文具，竟能产生10亿伏特每米的电场，实在是太炸裂了

张新星刷着手机，一个短视频引起了他的注意：伴随着一声刺耳的“滋啦——”，画面中被猛然拉开的透明胶带，竟然在黑暗中发出了一道光。

作为南开大学化学学院的教授，张新星立刻对这一现象产生了浓厚的兴趣。他意识到，这道光之所以产生，是因为在胶带撕开的过程中，胶带两侧带上了正负电荷，形成的电场击穿了空气。“电荷的转移很可能伴随化学反应的发生，”张新星想着。

于是，他找来了团队中的博士研究生高煦峰，试图深入探究撕胶带摩擦起电过程中发生的化学反应。他们还希望通过撕胶带的方式，催化一些原本难以发生的化学反应。2025年6月，他们将相关研究结果发表在了《美国科学院院刊》（PNAS）上。

超强电场

在摄影机前，张新星仔细观看了撕胶带的过程。他发现，只有当撕胶带的速度足够快时，才会在黑暗中持续闪现蓝紫色光。原来，只要速度快到一定程度，就会出现“粘滑”（stick-slip）现象：胶带接触面在滑动过程中因摩擦特性变化，导致交替发生粘滞与滑动，表现为摩擦力或滑动速度随时间波动。

也正因如此，当我们快速撕胶带时，往往无法顺畅均匀地一次拉出一长条，而只能一段一段地“跳跃”着拉开。“不同胶带发生粘滑现象所需的最低速度不一样，这与胶带的宽度、厚度、黏度等诸多特性有关，”张新星解释道。

我们慢慢撕胶带时，储存在胶带中的能量只会缓慢而均匀地释放。相反，在快速撕扯胶带、发生粘滑现象时，胶带撕开界面处会释放巨大能量。张新星说：“这就像人们在冰面上滑倒。在即将滑倒的一刹那，鞋子相对于冰面的速度极快，一个体重一百多斤的成人滑倒所释放的动能也是粘滑的后果之一，能量之大可见一斑。”

经过张新星团队的实验，当他们使用电机以0.3米/秒的速度快速撕胶带时，能产生高达1.2×10^9伏/米的超强电场。质谱检测结果显示，在快速撕胶带的过程中，胶带缝隙间空气中的水分子会被电场电离，生成羟基自由基和水合氢离子。同时，胶带上的黏性成分（丙烯酸酯）也转化成了相应的阳离子自由基。张新星对此非常兴奋，因为这说明撕胶带产生的电场有催化化学反应的可能。

接下来，张新星团队尝试通过撕胶带产生的电场来催化三个原本无法自发进行的化学反应。由于直接将化学物质粘在胶带上会影响其黏性，因此他们选择让挥发性反应物扩散至胶带处，再快速拉扯胶带。而质谱结果也如他们所料，撕胶带产生的电场成功催化了这三个反应。

尽管撕胶带产生的电场持续时间极短，但在如此短暂的时间内，它竟依然能催化反应的发生，这意味着其催化效率远超一般催化剂。“根据理论计算，胶带产生的电场极大降低了化学反应的势垒。也就是说，在撕胶带产生的电场作用下，原本无法发生的反应变得自发了。只要反应底物相遇，反应就会瞬间完成。”张新星激动地说道。

许多化学反应的本质都是电子或者电荷的转移。施加电场后，不仅反应物分子会在电场中统一取向，电场还能促进电子或电荷转移。因此，强电场能有效降低化学反应的活化能，使一些原本难以发生的反应得以发生。此前的研究表明，要实现这一目标，外部电场的强度至少要达到10^8～10^9伏/米。

过去，科学家几乎不可能在实验室中创造如此强大的电场。一方面，要在传统实验容器中产生超强电场，就意味着要提供极高的电压，这在技术上难以实现；另一方面，一旦电场强度超过3×10^6伏/米，空气就会被击穿，形成闪电。

因此，为了实现电场催化化学反应，科学家过去通常需要“曲线救国”——利用扫描隧道显微镜（STM）。使用这种设备时，科学家可以让电场的两极在真空环境中靠得足够近，近到只有一纳米甚至几埃的距离。在这种情况下，他们只需施加几伏的电压，就能产生高达10^9伏/米的电场。科学家近年还发现，水滴喷出过程中，水滴与喷嘴或空气发生相互作用导致电荷分离时，也能产生极强的电场，催化化学反应。

但很显然，撕胶带比大费周章地使用扫描隧道显微镜要简单得多。张新星表示：“只用撕胶带这样一个简单的动作，我们就能轻松产生如此强大的电场，甚至成功催化原本不可能发生的化学反应，这是一件非常有意义的事。”

小小胶带，大大能量

事实上，撕胶带这个再寻常不过的动作，不仅能发光，产生超强电场，甚至还能发出X射线和音爆。

张新星团队的研究，也受到了一篇2008年发表于《自然》（Nature）的论文的启发。在这篇论文中，研究人员发现，如果在中度真空条件下快速撕胶带，产生的超强电场能将电子加速到极高速度，轰击产生脉宽为几纳秒的脉冲X射线。基于这一原理，研究人员甚至用透明胶带做了一台便携式X光机，并成功拍摄了论文作者之一的手指X光图像。

除了X射线，撕胶带时刺耳的“滋啦”声也大有玄机。一篇2019年发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）的论文表明，在快速撕胶带的过程中，胶带并非整齐地被拉开。高速摄影机记录下的画面显示，当粘滑现象中的滑动过程发生时，胶带剥离处会以650～900米/秒的速度侧向移动，甚至超过了战斗机的飞行速度。也正因如此，撕胶带的声音才会如此刺耳。毕竟，每一次释放能量，胶带都会发出微小的超音速冲击波，让我们的耳朵接连不断地受到音爆冲击。

此外，发现撕胶带可以产生X射线的科学家甚至提出，撕胶带过程中产生的高电荷密度可能足以引发核聚变。尽管核聚变专家对此表示怀疑，但所有这些研究已经足以让我们惊叹：一卷几块钱的胶带，竟能蕴藏如此巨大的能量。