法拉第杯测量摩擦带电颗粒材料：一种模块化解释方法

颗粒材料的摩擦带电仍是一个知之甚少的现象，却广泛存在于科学和工业应用中，从火山闪电到制药制造。法拉第杯是研究摩擦带电最常用的装置，但目前的测量解释方法过于简化，往往将颗粒-颗粒相互作用导致的带电与其他带电机制混为一谈。本研究提出了一种解释法拉第杯测量的模块化方法，可更详细地探究摩擦带电现象。该方法通过将近似电荷分布形状拟合到实验法拉第杯数据，利用测得的粒度分布以及简化的电荷分布和颗粒动力学模型。这种模块化框架具有适应性，允许在每一步进行微调以适应特定应用情况，使其广泛适用于任何绝缘颗粒材料。作为案例研究，我们考察了格里姆斯沃特火山和阿蒂特兰火山的火山灰样本，发现格里姆斯沃特火山灰表现出更高比例的颗粒-颗粒相互作用带电。用筛分火山灰组分进行的实验验证表明，较大颗粒尺寸表现出更强的颗粒-颗粒带电。此外，非颗粒-颗粒带电随颗粒尺寸缩放为 $\propto d_p^{-0.85 \pm 0.03}$，近似遵循颗粒的有效表面积。