ふつう、せいでんきは ちがう ものを こすると おきると おもいますよね。たとえば、ふうせんと かみの けの ように。

ところが、ざいりょうが まったく おなじ ものどうしでも、でんきが たまる ことが わかりました。しかも、さいしょは どちらが プラスに なるか バラバラでした。

たとえば、じゃんけんを おもいうかべて ください。グーが チョキに かち、チョキが パーに かち、パーが グーに かちます。ぐるっと まわって、いちばん つよい ものが きまりません。おなじ ざいりょうの こすりあいでも、これに にた まわりかたが でたと いわれています。ただし ほんとうは、じゃんけんの ルールが あるわけでは ありません。

どうして、おなじ ものどうしで ちがいが うまれるのでしょう。

静電気の話では、「材料Aをこすると材料Bに電子が移る」と習うことが多いと思います。この説明だと、材料がちがうことが前提になります。

ところが2025年のNature論文では、見た目には同じ材料の物どうしでも電荷のやりとりが起きると報告されました［1］。しかも、実験を始めたばかりのころは、勝ち負けが「輪」になっていたそうです。AがBに勝ち、BがCに勝つのに、CがAに勝つ、という関係です。これを「非推移的」といいます。

身近なたとえなら、じゃんけんです。グー、チョキ、パーのように、一番強い物が決まりません。ただし、じゃんけんは決まった規則で勝ち負けが決まるのに対して、この実験の勝ち負けは最初はでたらめでした。

いつも同じ向きに電気が移るなら、並べて順番がつけられるはずです。それが最初はつかなかった、というところが、この研究のおもしろいところです。では、その輪はいつまでも続くのでしょうか。

摩擦帯電は、異なる2つの物質を接触させて離すと起きる、と説明されることが多い。帯電のしやすさを並べたものが摩擦帯電列（たいでんれつ）で、列の上にあるほどプラス、下にあるほどマイナスになりやすい。

ところが2025年のNature論文（Sobarzoら）は、見かけ上同一の材料どうしでも電荷が移ることを示した［1］。さらに、実験の初期には、電荷のやりとりが「非推移的」だった。AがBに対してプラス、BがCに対してプラスなのに、CがAに対してプラスになる、という輪の関係である。材料ごとに決まった順位があるなら、AがBに勝ち、BがCに勝ち、CがAに勝つ輪はできないはずだ。

つまり、同じ材料でも、個々の試料は同じではない。では、その差は何から生まれ、なぜ繰り返すうちに順位ができてしまうのか。論文の要旨が提示した答えは、「接触の履歴」である。

ここで注意したいのは、これが1つの研究グループの報告だという点だ。結果は、実験の条件と試料を限った範囲での話になる。

おもしろいのは、このあとです。おなじ ものどうしを なんども こすり あわせて いくと、だんだん じゅんばんが きまって きたのです。

たくさん さわった ものほど、マイナスに なりやすかったと いいます。

どうして そうなるのか。ざいりょうの ひょうめんの かたちが、こすれる たびに ほんの すこし かわるから かもしれない、と かんがえられています。ただ、これは まだ「そうかもしれない」と いう だんかいです。

実験を重ねると、状況が変わります。同じ材料の試料どうしが、くり返し接触するうちに、摩擦帯電列に並ぶようになったのです［1］。

並び方には傾向がありました。接触した回数が多い、つまり「接触の履歴」の多い試料ほど、マイナスに帯電しやすかったのです。研究者はこれを「接触バイアス」と呼んでいます。

なぜ接触が多いとマイナスになりやすいのか。有力な考えは、接触をくり返すうちに、表面のごく小さな形が少しずつ変わるから、というものです。ただし、これは提案されている仕組みで、決まった答えではありません。

ここで、1つ疑問が浮かびます。材料の表面は、そもそもどうなっているのでしょうか。「片方がプラス、片方がマイナス」という単純な絵で、よいのでしょうか。

初期には輪になっていた勝ち負けが、実験を重ねると、一本の列に収まる。これはどういう変化なのか。論文によると、接触の履歴が多い試料ほどマイナスに帯電しやすい傾向があり、これが「接触バイアス」と名づけられた［1］。つまり、繰り返しの接触のあとには、接触履歴の多い試料ほどマイナスになりやすい傾向が現れた。ただし、その理由はまだ仮説の段階である。

履歴が効く理由として、表面のナノ形状の変化が有力な機構と考えられている。ただし、これは提案されたモデルの段階にとどまり、断定はできない。

この結果は、帯電の向きを材料の種類だけで決める見方に、見直しを迫る。同じ材料でも、どれだけ接触してきたかで性質が変わるなら、帯電列は「材料の固有値」ではなく、「材料と、その使われ方」の表になる。その一方で、1つの実験系の結果を、すべての材料に当てはめることはできない。

では、接触した表面そのものには、実際にどんな電荷が並んでいるのか。この疑問に、先に答えを出した研究がある。

こすった ものの ひょうめんは、ぜんぶ プラスか、ぜんぶ マイナスだと おもわれて きました。

2011ねんの けんきゅうで、そうでは ないことが わかりました。ひょうめんには、ものすごく ちいさな プラスと マイナスの ところが、まぜこぜに ならんで いたのです。

しろと くろの タイルを、びっしり しきつめた ゆかを おもいうかべて ください。とおくから みると ぜんたいは はいいろですが、ちかくで みると しろと くろが まざって います。ただし ほんとうの タイルは、もっと ずっと ちいさい ものです。

それと、でんきだけでなく、ものの かけらも うつって いるかもしれない、という ちょうさも あります。まだ たしかでは ありません。

2011年、Science誌に、帯電した表面の見え方を変える論文が出ました［2］。接触して帯電した誘電体（電気を通しにくい物）の表面を調べると、全体では正か負のどちらかの極性を示していても、表面には、ナノメートルの大きさの正と負の領域が、ばらばらに並んでいたのです。これを「モザイク」と呼びます。

白と黒のタイルを敷きつめた床を、遠くから見ると灰色に見えるのに近いイメージです。ただし実際の領域は、タイルよりはるかに小さく、ふぞろいです。

これは、片方が一様に正、もう片方が一様に負という、何世紀も前からの想定が正しくないことを示します。しかも、考えられていたよりも多くの電荷を表面にためられる、とも報告されています。

この研究を紹介した Physics Today の記事には、気になる指摘もありました。分光の測定で、いくつかの結合が切れたり酸化されたりした痕跡が見つかり、元の材料にない元素のピークも見えたのです。異なる高分子の板を接触させたこの実験の結果として、電荷だけでなく、物質のかけらが移っている可能性を示すと伝えています［3］。ただし、「示唆される」という段階で、これだけで主な原因とは言えません。

異なる材料の間で電荷が移るなら、帯電した表面は一様に正または負になるはずだ。ところが、Baytekinら（2011年、Science）は、接触帯電した誘電体の表面に、ナノスケールの正負の領域がランダムなモザイク状に並ぶことを報告した［2］。表面全体の極性が正か負であっても、局所では逆の電荷が混ざる。そのため、「一方が一様に正、他方が一様に負」という、数世紀来の想定は成り立たない。要旨によれば、単位面積あたりに保持できる電荷も、従来の見積もりを大きく上回るとされる。

この研究を紹介したPhysics Todayの記事は、ラマン分光で結合の切断や酸化の痕跡が、X線光電子分光で元の材料にない元素のピークが得られた点を挙げ、異なる高分子の板を接触させた実験の結果として、電荷だけでなく物質の移動が起きている可能性を指摘している［3］。同記事は、同一材料どうしでも電荷が移る点にも触れている。

ただし、「物質が移る」は示唆の段階である。この観察1つでは、帯電の主因と結論づけることはできない。では、電荷そのものを運んでいるのは、電子なのか、それとも別のものなのか。

せいでんきの もとに なる ものは、「でんし」と いう とても ちいさな つぶだと いわれて います。ほかに「イオン」と いう、でんきを もった つぶも あります。

ながい あいだ、「どちらが うごくのか」は ろんそうに なって きました。

みずのような えきたいと、かたい ものが ふれ あう ときを しらべた けんきゅうでは、でんしも イオンも どちらも かかわって いました。とけて いる ものや、ひょうめんの みずを はじく ぐあいで、その わりあいが かわったと いいます。

いっぽう、ひょうめんに とくべつな ぶんしを つけて、でんしの いどうが げんいんに なりうる ことを しめした けんきゅうも あります。ただし、すべての せいでんきが でんしだと いう わけでは ありません。

帯電の担い手は何なのか。電子か、イオンか。この点は、数十年議論されてきたと、2020年の研究論文が書いています［4］。

この論文は、液体と固体が接触して帯電する場合を調べました。熱電子放出の理論を使って電子の移動とイオンの移動を区別すると、どちらの仕組みも起きていると報告されました。溶けている物質、水の酸性・アルカリ性の度合い（pH）、表面が水になじみやすいかどうかで、電子とイオンの割合が変わるそうです［4］。

固体どうしでは、電子が主役という見方が広がっています。2025年には、表面に電子を受けわたしやすい有機分子をつけた材料で、電子の移動が帯電の原因になりうることが示されました［5］。ただし、これは「原因になりうる」という報告で、すべての摩擦帯電が電子だと言っているわけではありません。

総説の冒頭には、長年の研究のあとでも、電子、イオン、物質そのもののどれが帯電の原因なのか、はっきりしていないと書かれています［6］。

帯電の担い手が電子かイオンかは、数十年にわたり議論されてきた［4］。Linら（2020年、Nature Communications）は、液体と固体の接触帯電を対象に、熱電子放出の理論で電子移動とイオン移動を切り分けた。その結果、どちらの機構も起きており、溶質、pH、表面の親水性が、電子とイオンの比率を変えると報告している［4］。つまり、答えは「電子か、イオンか」の二者択一ではなく、条件に応じた「割合」になる。

固体どうしの場合、電子移動を有力とみる研究が多い［6］。Ranjanら（2025年、Angewandte Chemie）は、表面に酸化還元活性な有機分子を導入した材料で、電子移動が接触帯電の原因になりうることを示し、表面電荷密度は(120±17) µC/m²に達した［5］。ただし、これは「電子移動が原因になりうる」ことの実証であって、すべての摩擦帯電が電子移動だという主張ではない。

イオン移動、物質移動、結合の切断も関与しうるとされ、総説は、電子・イオン・物質のどれが原因かが長年の研究後もなお明確でないと述べる［6］。以前の日本の研究会報告も、誘電体の摩擦帯電の本質は理解が不十分だとして、真実接触面積の増加、摩擦熱による熱電子放出、結晶のひずみや割れによる圧電効果といった説を並べている［7］。その報告の発行年は不明で、当時の整理として読む必要がある。

せいでんきは、ふゆの かわいた ひに つよく かんじる ことが おおいですよね。しつどが たかいと、へることが あるからです。

あるアイオノマーと いう とくべつな プラスチックを つかった けんきゅうでは、しつどが 50パーセントを こえると、イオンの はたらきで でんきが ふえました。それでも、うごいた イオンは ぜんたいの 2パーセントより すくない そうです。

この けっかは、とくべつな ざいりょうの はなしです。ふつうの ものすべてに あてはまる とは いえません。

静電気は、湿度が高い日にはたまりにくい、と感じたことはありませんか。産総研（産業技術総合研究所）の菊永さんは、何と何をこするかで同じ物でもプラスにもマイナスにもなり、湿度や環境でも帯電量が変わるので、予測しにくいと説明しています［9］。

湿度は、電子とイオンの役割にも関わります。2025年の論文では、固体とアイオノマー（イオンを含む高分子）の組み合わせで、電子とイオンが同時に帯電に関わり、その割合は湿度で変わると報告されました。相対湿度が50パーセントを超えると、イオンの移動が帯電を高めたそうです。ただし、動いたイオンは全体の2パーセント未満でした［8］。アイオノマーという特別な材料での結果なので、ふつうの物すべてに当てはめることはできません。

測る場所も影響します。労働安全衛生総合研究所の2013年の測定では、ステンレスとPET樹脂の摩擦帯電を調べたところ、空気中の帯電量は、真空中の測定値より約1桁、つまり10分の1ほど小さくなりました［10］。1つの組み合わせでの結果ですが、空気の中で見える帯電は、材料だけで決まるわけではないことが分かります。

摩擦帯電が予測しにくい理由の1つに、環境の影響がある。産総研の菊永氏は、何と何を擦るかで同じ物でもプラスにもマイナスにもなり、湿度で帯電量が減ることもあると説明する［9］。

この湿度の影響は、電子とイオンの割合にも及ぶ。Maら（2025年、Advanced Functional Materials）は、固体とアイオノマー（イオンを含む高分子）の接触帯電で、電子とイオンが同時に関わり、その寄与が湿度で変わることを示した。相対湿度50%超では、イオン移動が帯電を高める。しかも、移動に関わるイオンは2%未満だった［8］。アイオノマーという特殊な材料での結果で、一般の材料に拡張することはできない。

測定の雰囲気も無視できない。三浦・山隈（2013年）の報告では、ステンレスとPET樹脂の帯電を真空中と空気中でリアルタイムに測定し、空気中の帯電量は真空中の測定値より1桁程度小さかった［10］。1桁は約10分の1に当たる。ただし、これはこの組み合わせ1つでの結果で、他の組み合わせにそのまま当てはめるべきではない。

これらを合わせると、帯電量が材料だけでなく、湿度、気体、接触の履歴で変わる以上、「Aはプラス、Bはマイナス」という固定的な表は、条件つきの目安にとどまる。

まだ わかって いない ことが たくさん あるのが、せいでんきです。みなさんも、ちいさな ためしを して みませんか。

やってみよう：したじきを かみで こすって、ちいさな かみの きれはしに ちかづけます。からっと はれた ひと、あめの ひで、くっつく かずを くらべて みましょう。くっつく かずが ちがうか、おなじか、きろくして みて ください。

かんさつして みると、「たしかめられる ことと、まだ わからない こと」が じぶんの ことばで いえるように なります。

静電気は、私たちの暮らしに近いのに、仕組みはまだ答えが出ていません。電子の移動が基本という見方が広がる一方で、イオンや物質のかけらも関わるとされ、同じ材料でも接触の回数で結果が変わるという報告もあります。

やってみよう：下敷きを紙でこすり、細かくちぎった紙に近づけて、くっつく枚数を数えます。乾燥した日と雨の日、こする回数を変えた日で、枚数がちがうかどうかを見ます。同じ下敷きを何度も使うと結果が変わるかどうかも、1つの観察になります。

ちがいが出ても出なくても、「何を同じにして、何を変えたか」を書いておくと、あとで見返せます。この記事で紹介した論文は、出典欄から、日本語で読める解説をたどれます。まずは、どんな材料をどんな条件で比べたのかを見てみましょう。

この記事の範囲で言えるのは、摩擦帯電で電子・イオン・物質のどれが移るかが、材料・湿度・接触の履歴といった条件で変わり、全体としては決着していない、という点である。「電子が移る」は固体どうしで有力な見方だが、全員の合意ではない。

家庭でも、変数を絞れば観察できる。たとえば、下敷きを紙でこすり、細かく切った紙片に近づけて、くっつく枚数を数える。乾燥した日と雨の日、こする回数を変えた日で比べ、試料を使い込むと結果が変わるかも見る。同じ下敷きを使い続けるかどうかを、条件として記録しておく。

出典欄の論文は、いずれも要旨が公開されている。とくに［1］と［2］は、図の説明と要旨を読み比べると、「同じ材料でもなぜ」という疑問が、どこまで答えられ、どこから先が仮説なのかを、自分で線引きする練習になる。日本語の資料と英語の資料で、同じ現象の説明がどう違うかを比べるのも、次の問いになる。