靜電的應(yīng)用

張軍民

同學(xué)們，日常生活中你遇到過下列現(xiàn)象嗎？在每天夜晚脫衣服的時候，常常會發(fā)現(xiàn)劈劈啪啦的閃光聲響；見面握手時，手指剛一接觸，就會有觸電感覺；在用梳子梳理頭發(fā)的時候，常常會發(fā)現(xiàn)毛發(fā)形成射線狀，同時用梳過頭發(fā)的梳子，還可以將碎紙屑吸起來.以上現(xiàn)象就是我們常說的“靜電”現(xiàn)象.

其實(shí)，早在公元前6世紀(jì)，古希臘人泰勒斯就發(fā)現(xiàn)摩擦過的琥珀能夠吸引輕小物體的“靜電現(xiàn)象”.公元1世紀(jì)，我國學(xué)者王充在《論衡》一書中提到“頓牟掇芥”一語，指的是用玳瑁殼經(jīng)摩擦后也能吸引輕小物體.后來人們發(fā)現(xiàn)很多物質(zhì)都會由于摩擦而帶電吸引輕小物體，并且?guī)щ娢矬w之間存在著相互排斥或相互吸引的作用.

那么，為什么會產(chǎn)生“靜電現(xiàn)象”呢？

原來任何物體都是由原子組合而成，而原子又是由原子核和電子組成.科學(xué)家們將原子核定義為帶正電，電子帶負(fù)電.在正常情況下，一個原子的原子核帶正電數(shù)與電子帶負(fù)電數(shù)相同，正負(fù)電平衡，所以對外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象.但是如果在摩擦等外界作用下會使原子核外的電子出現(xiàn)得失，原子核較遠(yuǎn)的電子受到束縛較弱，容易受到外界的作用而脫離原子，使物體帶上正電，反之則帶上負(fù)電，這就是摩擦起電的實(shí)質(zhì)，也是通過摩擦發(fā)生靜電現(xiàn)象的原因.但是在有些情況下物體間不摩擦也能使物體產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，如感應(yīng)靜電起電、熱電和壓電起電、噴射起電等.任何兩個不同材質(zhì)的物體只要接觸后分離就能產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，即便是流動的空氣也能產(chǎn)生靜電.為什么流動空氣會產(chǎn)生靜電呢？因?yàn)榭諝庖彩怯稍咏M合而成，可以這么說，在人們生活的任何時間、任何地點(diǎn)都有可能產(chǎn)生靜電.“靜電現(xiàn)象”雖然給我們生活帶來不少不便，甚至產(chǎn)生危害，但是也有許多“靜電現(xiàn)象”與我們的生活、生產(chǎn)聯(lián)系較為緊密.目前，靜電技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)理論研究、信息工程、空間技術(shù)、計算機(jī)工程、大規(guī)模集成電路生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、生物技術(shù)、選礦和物質(zhì)分離、醫(yī)療衛(wèi)生消毒、食品保鮮、石油化工、紡織印染、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域，正在形成一個新興的“靜電產(chǎn)業(yè)”.下面介紹幾種日常生活中主要的靜電技術(shù)的應(yīng)用.

1.靜電復(fù)印

近年來，隨著辦公自動化的發(fā)展，靜電復(fù)印機(jī)的使用越來越廣泛，復(fù)印機(jī)利用了靜電吸附原理，具有簡便、迅速、清晰、可擴(kuò)印和縮印，還可復(fù)印彩色原件等優(yōu)點(diǎn).復(fù)印機(jī)的核心部件是有機(jī)光導(dǎo)體鼓（OPC）.它是一個金屬圓筒，表面涂覆有機(jī)光導(dǎo)體.沒有光照時OPC是絕緣體，受到光照時變成導(dǎo)體.工作流程如下：

（1）照明.復(fù)印前先通過機(jī)內(nèi)電路使有機(jī)光導(dǎo)體鼓在暗處帶電，如圖1（甲）所示.

（2）聚焦成像.復(fù)印時強(qiáng)光照在文件上，文件反射的光通過光學(xué)系統(tǒng)在鼓上成像，亮處的OPC層變成導(dǎo)體，所帶的電荷流失，暗處的電荷保留下來.這時在鼓上出現(xiàn)一個電荷組成的“潛像”，如圖1（乙）所示，肉眼不能看見.

（3）靜電顯影.有機(jī)光導(dǎo)體鼓在轉(zhuǎn)動，潛像經(jīng)過墨粉盒時，已經(jīng)帶相反電荷的墨粉被吸附在鼓表面帶電部位上，鼓表面的潛像變成了可見的像，如圖1（丙）所示.

（4）轉(zhuǎn)印和定影.有機(jī)光導(dǎo)體鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動，經(jīng)過復(fù)印紙時把墨粉印在紙上，白紙變成了文件的副本.有機(jī)光導(dǎo)體鼓不停地轉(zhuǎn)動，文件就一頁一頁地復(fù)印出來了.墨粉是摻了樹脂膠的，復(fù)印件要加熱，墨粉才能永久地粘在紙上，如圖1（丁）所示.

2.靜電除塵

這是利用氣體除掉灰塵的一種方法，主要原理是利用靜電場使氣體電離為正離子和電子，電子在奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負(fù)電，然后被吸附到正極上，從而被收集（如圖2所示）.這種方法常用于以煤為燃料的工廠、發(fā)電站，收集煙氣中的煤灰和粉塵.在冶金中主要用于收集錫、鋅、鉛、鋁等的氧化物.

3.靜電噴涂

靜電噴涂主要用于工業(yè)上的噴漆及敷粉.它分為“液體靜電噴涂”（又稱“靜電噴漆”“靜電噴油”）和“粉末靜電噴涂”（又稱“靜電噴塑”“噴塑”）.主要設(shè)備是指靜電噴涂工藝中的核心設(shè)備：液體噴涂的靜電噴漆槍和粉末噴涂的靜電粉末噴槍（靜電噴塑機(jī)）（如圖3所示）.該技術(shù)原理是利用靜電吸附作用將聚合物涂料微粒涂敷在接地金屬物體上，然后將其送入烘爐以形成厚度均勻的涂層.電暈放電電極使直徑5～30微米的涂料粒子帶電，在輸送氣力和靜電力的作用下，涂料粒子飛向被涂物，粒子所帶電荷與被涂物上的感應(yīng)電荷之間的吸附力使涂料牢固地附在被涂物上，而且工件表面凹陷部分也能均勻涂料.一般經(jīng)2～3秒，涂層即可達(dá)40～50微米厚.靜電噴涂的漆液利用率甚高，可達(dá)80～90%左右.目前主要用于汽車、機(jī)械、家用電器等行業(yè).同傳統(tǒng)技術(shù)相比可以節(jié)約原料，降低成本.

4.靜電植絨

靜電植絨也是靜電在實(shí)際生活中的一個重要應(yīng)用，它的原理是利用同性電荷相斥、異性電荷相吸的物理特性，其裝置由兩個平行板電極構(gòu)成（如圖4所示）.其中下電極接地，并在其上放置基底材料和短纖維；上電極板施加高壓直流電，兩電極間形成強(qiáng)電場，使絨毛帶上負(fù)電荷，把需要植絨的物體放在零電位或接地條件下，絨毛受到異電位被植物體吸引，呈垂直狀加速飛升到需要植絨的物體表面上，由于被植物體涂有膠粘劑，絨毛就被垂直粘在被植物體上，因此靜電植絨是利用電荷的自然特性產(chǎn)生的一種生產(chǎn)新工藝.但在使用過程中要注意黏合劑不要涂得太多，避免滴落在下極板上；要逐漸加大電壓，切忌一開始就調(diào)到最高電壓.目前主要產(chǎn)品類型有：纖維制品如地毯、坐墊、人造皮毛和印花絨布等；塑料制品如裝飾布、保護(hù)用吸聲布及賦有表面彈性的制品等；金屬制品有裝飾材料、保護(hù)材料和隔熱材料等；其他還有用于裝飾的木制殼體和紙制殼體等.

5.靜電分選

對于混雜在一起的各種廢舊塑料，可利用靜電進(jìn)行多次分選.靜電分選法特別適用于帶極性的聚氯乙烯，分離純度可達(dá)99%.物料經(jīng)給料系統(tǒng)均勻散布在接地轉(zhuǎn)動電極光滑表面上，帶電的物料與接地分選滾筒電極交換，兩種不同靜電性能不同的物料有差異.然后帶電的物料進(jìn)入分選區(qū)，在靜電力、重力、離心力等的合力作用下下落，完成兩種不同電性物料的分離.目前靜電分選主要應(yīng)用在選礦等方面（如圖5所示）.

6.靜電噴藥

該技術(shù)應(yīng)用高壓靜電使霧滴充電，帶電的霧滴在靜電場作用下，快速、均勻飛向并吸附在作物上，減少了霧滴漂移，提高了農(nóng)藥在作物莖葉正反面、隱蔽部位的沉積率，增加了藥物與病蟲害接觸的機(jī)會，減少了藥液損失，降低了對環(huán)境的污染（如圖6所示）.

7.靜電殺菌

靜電常溫滅菌技術(shù)是我國科技工作者率先完成的一項(xiàng)新技術(shù)，其中包括電磁殺菌和臭氧殺菌兩項(xiàng)技術(shù).

電磁殺菌技術(shù)是采用高壓靜電場和交變電場、靜磁場和交變磁場對液體進(jìn)行靜電常溫殺菌技術(shù).它解決了高溫殺菌破壞水果汁、蔬菜汁、啤酒等飲料營養(yǎng)成分的難題，殺菌效率達(dá)到100%.

靜電臭氧殺菌技術(shù)主要是指靜電臭氧發(fā)生技術(shù).過去采用點(diǎn)發(fā)電技術(shù)，臭氧發(fā)生量很少.現(xiàn)在采用的是面放電技術(shù)，臭氧的發(fā)生量增加幾十倍.臭氧是一種強(qiáng)氧化物，可用于消毒滅菌.臭氧有凈化空氣、消除臭味之功效.

靜電應(yīng)用技術(shù)種類繁多，除了上述幾種在生活中常用外，另外還有靜電育種、靜電紡紗等.在高技術(shù)領(lǐng)域，靜電也有著廣泛的應(yīng)用，如：靜電火箭發(fā)動機(jī)、靜電軸承、靜電陀螺儀、靜電透鏡等.