1  同种材料接触起电现象的观察

同种材料接触起电现象最为明显的就是自然现象中的沙尘暴和尘卷了。无论是国外还是国内，都仅仅只是对其出现的时间、地点、规模和特性进行了归纳总结[11]，但是其中颗粒运动的微观机理尚不明确，也就是说研究尚处于观察规律的阶段。郑晓静等人就曾经指出[12]，颗粒带电和风沙运动之间，几乎没有什么明确的理论认识，这方面的研究还处于初级阶段。84600

由于沙尘暴和尘卷的规模比较庞大，情况比较复杂，现有的实验仪器和测量能力还不能够对风沙运动中颗粒的带电进行定量测量。但是相比较而言，简单的情况比如两个颗粒单次碰撞，科学家们还是能够模拟出来的。其中有一种情况就是材料对带电情况的影响。Ali[13]对三种材料进行了实验，它们分别是PA聚合物、丙烯酸聚合物和这两者的混合物。实验测得对于PA聚合物而言，大颗粒带负电小颗粒带正电；对于丙烯酸聚合物而言，大颗粒带正电小颗粒带负电。在这之后，Zhao[14]对其实验装置进行了修改，测得随着下落高度的增加，颗粒的荷质比呈增大的趋势。

上面两个实验都避免不了颗粒与管道和壁面的碰撞，所以Forward等人[15]采用单孔进气的形式，增加了设备的空间，避免了颗粒与壁面之间的碰撞。Forward的实验基本上阐述了大颗粒趋向于带正电，小颗粒趋向于带负电这一规律。

在现有的科技水平上，基本上不可能在野外测量沙尘暴和尘卷中沙粒的比较细致的数据。Greeley and Leach[16]和Zheng等人[17]通过风洞实验对风沙流系统进行测量，发现比较大的沙粒带正电，小的沙粒带负电。这个发现和上述的实验结果一样，但是什么程度才是“大颗粒”，以前的实验并没有给出答案。这个实验测出了区分所谓“大颗粒”和“小颗粒”的确切粒径值。Greeley and Leach测出沙粒的临界值为60，而Zheng等人测出的值为250。

Ail的实验曾经测得：对于PA聚合物，大颗粒带负电小颗粒带正电。一般的，从以往的实验结果来看，都是“大颗粒带正电，小颗粒带负电”，我们把得出这个结论的原因归结于实验装置的不精密性。但是最近的一些研究表明，大颗粒带负电小颗粒带正电的现象是可能出现的，而我们并不能简单地认为是实验环境或者实验误差导致了这些。很多因素对带电量有影响，2012年Danial[18]和Bayketin[19]指出物质转移对带电量影响很大，有时候甚至会导致电性的反转。而且无论是接触、摩擦都会导致物质的转移[20]。同样的，研究发现湿度对带电量也有很大的影响[21]。

2  同种材料接触起电的机理研究

同种材料颗粒碰撞为何产生电荷？其产生的机理一直是广大科学家探索的目标。人们比较熟悉的是两种金属的接触带电，通过功函数的关系就能很好地解释带电序列表。对于绝缘体材料而言，一些学者希望通过拟合实验或者用紫外线光电子实验使用等效功函数得到绝缘体材料的带电序列表。这些实验不能说是没有效果的，但是一些基本的观念还是有些争议。由于绝缘体材料没有自由电子，那么两者接触产生的电荷，是由于电子、离子还是物质的转移，一直不得而知。

对于其他材料的带电机理研究也进行了很多。比如早在1964年，Latham[22]就对冰粒进行了实验。大小不同的颗粒的非对称碰撞会导致两个表面存在一个温度差，Latham认为这是影响带电的主要因素。两个颗粒的表面的温度差使得某种离子沿温度梯度方向进行转移，从而使两颗粒带相反的电量。但是冰粒和绝缘体是不一样的，1986年Lowell and Truscott[23]的实验反驳了Latham的结论。他们进行了同种材料摩擦带电的实验，并且推测带电量与摩擦距离有关而与滑行速度和温度差无关。