光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中的應(yīng)用效果分析

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中得到了廣泛地應(yīng)用，并獲到了良好的效果。文章簡單介紹了靜電復(fù)印機(jī)用光電導(dǎo)材料的性能，對靜電復(fù)印機(jī)中常用光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了詳細(xì)分析，具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：光導(dǎo)體；靜電復(fù)印機(jī)；應(yīng)用效果

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光導(dǎo)體在諸多領(lǐng)域得到了廣泛使用，尤其是在靜電復(fù)印機(jī)中的應(yīng)用，不僅種類繁多，而且應(yīng)用效果極佳。光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中有著不可替代的作用，因此文章研究內(nèi)容具有一定的現(xiàn)實意義。

1 概述

日常生活中在靜電復(fù)印機(jī)中使用的光導(dǎo)體為具有光敏特征的光電導(dǎo)材料，屬于半導(dǎo)體，也可以將其稱之為光敏半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體材料對于光量子有很強(qiáng)的捕獲能力，我們可以用絕緣體+光量子-激活→導(dǎo)電態(tài)來表示其工作狀態(tài)。如果當(dāng)半導(dǎo)體處在暗處環(huán)境下，其內(nèi)部的載流子數(shù)目將會減少。所以，此時電阻增大，為絕緣狀態(tài)，電荷沉積在半導(dǎo)體材料表面。如果光導(dǎo)體已經(jīng)完成充電并且其表面受到陽光照射，即半導(dǎo)體處于明亮環(huán)境下，其背部的載流子數(shù)目將會迅速增加，導(dǎo)電能力增強(qiáng)到與導(dǎo)體自身幾乎一樣，實現(xiàn)放電。我們將在暗處環(huán)境下呈現(xiàn)出來的電阻稱之為“暗阻”，其特性為光敏半導(dǎo)體的靜電特性；反之，基于光照狀態(tài)下導(dǎo)電能力提升所呈現(xiàn)出來的特性為半導(dǎo)體的光敏特性。

在靜電復(fù)印機(jī)中，需要用到硒、鋅、硫化鎘、硒合金和有機(jī)光導(dǎo)體等各種光電導(dǎo)材料，通過這些材料能夠制成多種多樣的光導(dǎo)體。靜電復(fù)印機(jī)就是利用前文所提到的兩種特性，在光導(dǎo)鼓上通過建立不同電位差從而形成靜電潛像，最終實現(xiàn)復(fù)印。靜電潛像質(zhì)量和性質(zhì)主要受到光電導(dǎo)材料性質(zhì)影響，主要包括結(jié)構(gòu)、儲存、工藝、使用等等，其性能直接關(guān)系到復(fù)印質(zhì)量，也會給靜電復(fù)印機(jī)壽命帶來影響。

2 靜電復(fù)印機(jī)用光電導(dǎo)材料的性能

2.1 接受和保持電荷的性能

2.1.1 充電

由于靜電復(fù)印機(jī)采用的是光導(dǎo)體，所以要求其電荷接受率必須要高。也就是說，能夠接受電暈絲向其充入0.5～1.5×10-7C/cm2的靜電荷。為了確保電位穩(wěn)定，通常情況下暗阻率應(yīng)當(dāng)大于1012～1015Ω/cm，只有滿足上述要求，靜電潛像質(zhì)量才能得以保證。

光導(dǎo)體主要由五部分組成，分別是上阻擋層、光導(dǎo)層、傳輸層、下阻擋層和導(dǎo)電基體。上阻擋層是光導(dǎo)層與空氣產(chǎn)生接觸形成的薄層，光導(dǎo)體在充電電極進(jìn)行電暈充電過程中，在上阻擋層的作用下，不會對光導(dǎo)層產(chǎn)生任何影響。所以，可以將光導(dǎo)層看作是絕緣介質(zhì)。當(dāng)離子沉積在其表面上時，基體就能夠感應(yīng)出數(shù)量相同、極性相反的電荷，下阻擋層與上阻擋層作用一致，能夠?qū)﹄姾勺⑷肫鸬接行У淖柚棺饔谩?/p>

2.1.2 飽和電位

充電時間越長，其表面沉積的電荷也就越來越多，兩者為正向關(guān)系；在表面電荷不斷增加的過程中，表面電位隨之增加。但是由于光導(dǎo)體的絕緣特性并不理想，因此當(dāng)在其上、下面產(chǎn)生一定電位后，泄漏電流將會在光導(dǎo)層內(nèi)部經(jīng)過，受到電位升高的影響，泄漏電流隨之增大。由于泄露電流一直處于流動狀態(tài)，而又造成表面電位停止變化。在剛剛充電時，電暈電流要比泄露電流大得多。這時，表面電位劇增。當(dāng)兩者達(dá)到平衡時，光導(dǎo)層表面電位達(dá)到飽和不再繼續(xù)升高，我們將這一狀態(tài)下電位叫做表面飽和電位。

2.1.3 工作電位

從理論上來講，靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)體飽和電位在700～1000V之間，但是實際工作過程中，電位達(dá)到400～600V就可以停止充電。通常情況下，工作電位要比飽和電位低，這樣做的目的是防止因為電壓過高從而導(dǎo)致光導(dǎo)體被擊穿，起到有效的保護(hù)作用。值得注意的是，工作電壓不能低于400～600V，如果低于這個標(biāo)準(zhǔn)，將會影響到靜電潛像質(zhì)量；而如果工作變壓超過這一標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)印品上就會存在底灰，影響復(fù)印質(zhì)量。

2.1.4 暗衰

充電完成意味著電流終止，雖然在暗處環(huán)境下光導(dǎo)體電阻較大，但是由于受到高電位電場作用，仍然有少部分表面電荷經(jīng)過光導(dǎo)體泄露最終消失。與此同時，表面電位也會因為空氣離子復(fù)合從而導(dǎo)致小部分消失，光導(dǎo)體表面電位衰減速度迅速，然后逐漸趨于緩慢，我們將這一現(xiàn)象稱之為按衰減或者是暗衰。

2.2 感光和分光性能

2.2.1 較高的感光靈敏度

在對靜電復(fù)印機(jī)進(jìn)行設(shè)計、制造時就已經(jīng)確定了光導(dǎo)體的感光度，但是在具體的使用過程中，可以在合理的范圍內(nèi)對光縫和原稿照明燈亮度的曝光量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常情況下，靜電復(fù)印機(jī)都有控制曝光量的裝置。對感光度的要求通常要高于額定值。這主要是因為隨著靜電復(fù)印機(jī)使用時間的不斷延長和復(fù)印工作量的不斷增加，光導(dǎo)體受到光照次數(shù)也將持續(xù)增加，在長時間工作狀態(tài)下，靜電復(fù)印機(jī)產(chǎn)生疲勞，使得感光度也逐漸下降。另一方面，由于曝光次數(shù)逐漸增加，導(dǎo)致原稿照明光源發(fā)光能力越來越弱。當(dāng)暗度稍有所升高時，即便發(fā)光能力有所減弱，但是獲取的電位反差依然較高，獲得的復(fù)印品質(zhì)量良好。

一般來說，靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)體靈敏度越高越好，一旦受到光線照射，光導(dǎo)體就能夠即使形成光衰減，也就是說光電阻比較小。除此之外，如果是在可見光的范圍之內(nèi)，其性能并不會受到限制。

2.2.2 較寬的分光感光光譜靈敏度

無論光導(dǎo)體是由哪種材料制成，其感光光譜都會向某波長傾斜。因此，在靜電潛像形成階段，對不同波長光子能量的吸收也各不相同，這說明不同光電導(dǎo)材料對不同光譜的響應(yīng)也是不同，我們將這一特征稱之為光導(dǎo)體光譜相應(yīng)或特征。在曝光過程中，為了保證能夠獲取良好的感光效果，光源的選擇必須和其材料靈敏度波長保持一致，如果未能滿足這一要求，復(fù)印品就會產(chǎn)生缺陷。除此之外，曝光燈光和元件顏色組合到一起后形成的色光能否適應(yīng)材料感光光譜也是影響復(fù)印品質(zhì)量的重要因素。在復(fù)印時，只有對每種材料的光譜特征做到足夠了解，對原稿顏色和光譜成分實現(xiàn)合理運(yùn)用，有效配合，才能得到理想的復(fù)印品。

2.3 耐久使用的性能

任何儀器設(shè)備在使用過程中隨著工作時間的不斷延長，都會產(chǎn)生不同程度的疲勞，從而縮短使用壽命，靜電復(fù)印機(jī)同樣如此。在進(jìn)行復(fù)印時，光導(dǎo)體在持續(xù)地充電、放電過程中膜層表面就會出現(xiàn)電疲勞、在曝光過程中產(chǎn)生光疲勞、在與復(fù)印紙和顯影劑等接觸中產(chǎn)生機(jī)械疲勞、也會在工作中由于設(shè)備溫度不斷升高使其性能發(fā)生劣化從而產(chǎn)生熱疲勞。這些疲勞現(xiàn)象都會不同程度影響其使用壽命。從實用性角度來說，抗疲勞能力強(qiáng)、成本低的光導(dǎo)體才是最理想的選擇。

光導(dǎo)體耐久使用性能體現(xiàn)在下列四個方面：（1）機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度是靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)體必須具備的一項基本性能，具體要求成膜性的粘附性佳，同時膜層較為穩(wěn)固，不易脫落，并且厚度均勻；（2）耐磨強(qiáng)度。要想確保靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)層具有良好的耐磨強(qiáng)度，就要保證其耐磨性和硬度。為了延長使用壽命，要保證光導(dǎo)層表面一直處于光潔平整的狀態(tài)。在工作過程中，難免會和復(fù)印紙等消耗材料以及靜電復(fù)印機(jī)其他部件產(chǎn)生摩擦，為了避免頻繁摩擦導(dǎo)致的壽命縮短，可以將一層薄薄的、耐磨性能高的塑料膜覆蓋在其表面，也可以對清潔刮板、毛刷硬度、色粉顆粒、接觸載體等進(jìn)行改進(jìn)。由于靜電復(fù)印機(jī)使用頻率高、工作量大，因此是難以保證光導(dǎo)體膜層不被損壞的；（3）疲勞性能。通過前文分析我們知道很多因素都會導(dǎo)致其耐久使用性能受到影響，但是由于光導(dǎo)體材料的不同，其使用壽命也各不相同。經(jīng)過長期使用之后，光導(dǎo)體不可避免會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。疲勞判斷標(biāo)準(zhǔn)為：表面電位開始出現(xiàn)下降，亮衰光電特性變慢、暗衰光電特性加快，剩余電位升高，復(fù)印品反差越來越低，圖像慢慢變淡并且出現(xiàn)底灰。光導(dǎo)體疲勞分為兩種，一種是暫時性光疲勞；另一種是永久性光疲勞。所謂暫時性光疲勞就是光導(dǎo)體在停止工作一段時間后，疲勞即可消除。當(dāng)光導(dǎo)體發(fā)生暫時性疲勞時，將其放置在暗處一段時間之后再進(jìn)行使用，或者采用多個光導(dǎo)體進(jìn)行輪流使用，復(fù)印品質(zhì)量就能夠得到保障。所謂永久性光疲勞是材料老化導(dǎo)致光導(dǎo)體無法繼續(xù)使用。如果光電導(dǎo)材料選擇的是無定形硒，在長時間反復(fù)充電及曝光之后或者是由于溫度超過其承受能力，就會變?yōu)榻Y(jié)晶硒，此時光電導(dǎo)材料性能將不復(fù)存在，不能恢復(fù)；（4）抗熱性能。一般情況下靜電復(fù)印機(jī)中光導(dǎo)體對溫度和濕度的適應(yīng)范圍比較廣，在適應(yīng)范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)保證其不受到溫度及濕度影響。光導(dǎo)體為半導(dǎo)體元器件。在復(fù)印時如果溫度超過其承受范圍，性能將會下降，這是靜電復(fù)印機(jī)用光導(dǎo)體的主要特性。因此在確保滿足光導(dǎo)體自身性能的基礎(chǔ)上還要對工作環(huán)境進(jìn)行改善，使環(huán)境溫度降低到適應(yīng)范圍內(nèi)，縮短連續(xù)工作時間。

3 靜電復(fù)印機(jī)中常用光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點

3.1 硒光導(dǎo)體

普通紙復(fù)印機(jī)和激光復(fù)印機(jī)適用于硒光導(dǎo)體。從商業(yè)角度來說，往往會根據(jù)其底基形狀，稱其為硒鼓、硒板或者是硒帶，其中最常見的就是硒鼓。在自動化復(fù)印機(jī)中絕大多數(shù)使用硒鼓；在少數(shù)超高速復(fù)印機(jī)中使用硒帶；硒板曾在早期手工操作的復(fù)印設(shè)備中使用或者是今天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的X光靜電照相設(shè)備。

硒光導(dǎo)體由三部分組成：硒光導(dǎo)層、氧化鋁膜中間層的以及鋁基導(dǎo)電基體。將硒蒸鍍到鋁基上之后會產(chǎn)生無定型硒膜層，這就是硒光導(dǎo)層，其質(zhì)量將會對復(fù)印品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。所以務(wù)必要保證蒸鍍均勻，具有高光潔度。在蒸鍍之前，底基上出現(xiàn)氧化鋁膜，其功能與阻擋層相同，能夠減小暗衰。鋁基為載體，起到與地導(dǎo)通和產(chǎn)生與充電相對應(yīng)感應(yīng)電荷的作用。

硒光導(dǎo)體特征表現(xiàn)在五個方面：（1）暗衰減。無定形硒具有較高的暗阻率，其表面靜電荷能夠得以保持，但是在暗處環(huán)境下仍然會出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。其暗衰減特性決定了其能夠保持較高的表面電位而且不會在短時間內(nèi)消失。衰減速度隨著時間變化而迅速逐漸趨于穩(wěn)定，因為初期階段，電位比較高，因此，衰減速度也要更快一些；（2）光譜靈敏度。波長不同無定型硒光譜靈敏度也有所不同，當(dāng)波長在400～500nm之間時最敏感，偏向于藍(lán)綠端一側(cè)，如果受到此類波長照射，光衰達(dá)到最快。將適量碲摻入進(jìn)去，在可見區(qū)內(nèi)感光度明顯提高；（3）表面接受電位。通常無定型硒可接受表面電位能夠達(dá)到1kV，由于在暗的環(huán)境下電阻率高，所以與絕緣體一樣能夠保持電荷。由于硒光導(dǎo)體自身靜電限制，因此其接受電位是有限度的。工作表面電位要比最高表面電位低，工作電位在500～600V之間；（4）感光靈敏度。硒光導(dǎo)體為空穴型半導(dǎo)體，在光照射下，內(nèi)部將會產(chǎn)生電子-空穴對。在強(qiáng)電場作用下，電子會逐漸遷移到表面，硒層被空穴擊穿逐漸移向基體。在遷移率上，空穴大于電子，且速度比電子越快，那么其靈敏度也就越好；（5）疲勞。如果溫度超過400℃，其硬度將會出現(xiàn)明顯下降。硒碲合金隨著碲含量逐漸增加，硬度也會增加。在連續(xù)工作狀態(tài)下，由于與一些消耗材料等構(gòu)件接觸較為頻繁，因此其表面將受到磨損，磨損程度取決于各種構(gòu)件而不同。除此之外，在高壓放電的長期影響下，硒層表面出現(xiàn)氧化問題，從而導(dǎo)致硒光導(dǎo)體疲勞。在使用過程中如果發(fā)現(xiàn)硒光導(dǎo)體出現(xiàn)疲勞，可將硒光導(dǎo)體從機(jī)內(nèi)撒出，在暗處經(jīng)過一段時間休息，疲勞即可消除；或在不工作狀態(tài)下，對硒光導(dǎo)體充以極性相反的電荷，則可以較快地消除疲勞，更有效的辦法是用清潔劑擦洗硒光導(dǎo)體，可以清除表面的氧化鋅薄層，即可繼續(xù)使用。

3.2 硫化鎘光導(dǎo)體

硫化鎘光導(dǎo)體是由硫化鎘光電材料制成的，憑借其優(yōu)越性能已經(jīng)在靜電復(fù)印機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。

硫化鎘光導(dǎo)體由三部分組成：上表面阻擋層、光導(dǎo)層以及導(dǎo)電基體。硫化鎘具有極高的靈敏度，將絕緣薄膜覆蓋在其表面，其性能能夠得到充分發(fā)揮。利用硫化鎘光導(dǎo)體所獲取的復(fù)印品質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他光導(dǎo)體。

硫化鎘光導(dǎo)體特征體現(xiàn)在八個方面：（1）感光度要優(yōu)于其他光導(dǎo)體材料，換句話說，光衰減性能較好；（2）機(jī)械磨損以及放電火花對感光膜層的傷害能夠有效減少；（3）大大提高靜電潛像反差；（4）復(fù)印品清晰度明顯提高；（5）分光感度與人眼感光度相接近，即具有良好的光譜特性；（6）如果按照每張復(fù)印品所需價格計算，成本要低于其他半導(dǎo)體材料；（7）具有較低的暗阻率，暗衰減幅度大、速度快，帶電電位受到嚴(yán)重影響；（8）在長時間使用過程中穩(wěn)定性不高。

暗衰減特征：為了提高暗阻率，通常將一層樹脂絕緣薄膜覆蓋在其表面，從而起到阻擋電荷轉(zhuǎn)移的作用，經(jīng)改進(jìn)之后，暗阻值提高到1013～1014Ω/cm，在其表面將會形成能夠產(chǎn)生較高的靜電潛像的表面電位。硫化鎘暗衰減不僅速度慢而且較小，如果在相對時間內(nèi)能夠使其暗阻值保持不便，能夠大大提高電位差和工作電位。

表面電位：因為在其表面覆蓋了一層透明絕緣層，所以只能通過逆充電方法實現(xiàn)對絕緣層表面正電荷的充入。這樣，其電位高低受到偏壓電位影響，兩者為直線正比關(guān)系，即偏壓高、表面電位就高；偏壓低、表面電位就低。充電電壓、表面電位和靜電電容為反比關(guān)系，即充電電壓高、靜電電容低、表面電位就高。

3.3 有機(jī)光導(dǎo)體

合理利用溶劑按照一定比例配比、混合所產(chǎn)生的光電導(dǎo)材料就是有機(jī)光導(dǎo)體，需要敷在基體表面，靈敏度比較高。有機(jī)光導(dǎo)體能將全部可見光譜吸收，其外觀呈現(xiàn)棕色，與黑色相似。目前，有機(jī)光電導(dǎo)材料種類非常多，在具體工作中，如果材料不能滿足要求，也可以選擇適當(dāng)溶劑按照一定比例進(jìn)行配比，通過合成方法使材料能夠滿足實際工作要求。從現(xiàn)階段，靜電復(fù)印機(jī)有機(jī)光電導(dǎo)材料中使用最廣的就是機(jī)能分離型有機(jī)光導(dǎo)體，該感光體感度范圍較廣，低、中、高、寬都有，與此同時，光譜的響應(yīng)范圍也比較寬，經(jīng)過多年發(fā)展，使用壽命也有了明顯提高。

有機(jī)感光鼓結(jié)構(gòu)形式較多，主要有單層、雙層以及多層，應(yīng)用最廣泛的是雙層結(jié)構(gòu)。雙層結(jié)構(gòu)有機(jī)感光鼓由載流子發(fā)生層和傳輸層、導(dǎo)電層以及片基四部分組成。機(jī)能分離指的就是由不同層承擔(dān)產(chǎn)生載流子機(jī)能和傳輸載流子機(jī)能。發(fā)生層的組成分為發(fā)生材料、粘合劑，將光子吸收完畢之后從而產(chǎn)生載流子。傳輸層的組成分為傳輸材料、粘合劑，主要任務(wù)是對發(fā)生層產(chǎn)生的載流子進(jìn)行接受和傳輸。導(dǎo)電基體的組成分為導(dǎo)電層、片基，對發(fā)生層、傳輸層起到接地和支撐作用。采用該結(jié)構(gòu)能夠分開產(chǎn)生和傳輸機(jī)能，具有較高的載流子產(chǎn)生效率，所以感度也比較高。其特點體現(xiàn)在：（1）由于發(fā)生層和傳輸層是不同材料組成的，所有具有較寬的選擇面；（2）可以將該導(dǎo)體制成不同形狀，比如鼓式、片式等；（3）便于制作，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)；（4）成本低；（5）無公害，滿足新時期節(jié)能環(huán)保要求。如富士施樂等各種多功能數(shù)碼復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等使用的都是這種有機(jī)光導(dǎo)體。

4 結(jié)束語

文章詳細(xì)介紹了三種比較常見的光導(dǎo)鼓，除此之外還有氧化鋅鼓等多種光導(dǎo)鼓，由于并不常見，所以未在文中進(jìn)行一一敘述。在靜電復(fù)印機(jī)中，光導(dǎo)鼓的作用就像心臟，復(fù)印機(jī)任何工作都是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行的，如果沒有光導(dǎo)鼓，靜電復(fù)印機(jī)就是一個空殼，不具備任何功能。因此，只有對這些材料的特性做到足夠了解，才能提高復(fù)印質(zhì)量、操作水平和維護(hù)水平。

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