论文部分内容阅读
【摘 要】 首先简要介绍了静电产生的机理及应用，然后介绍静电的危害及如何进行静电防护与处置
【关键词】 静电 应用 放电 防护措施
所谓静电，是指静止的电荷不发生移动。但通常情况下，静电应用也包含电流放电(如电晕放电)的应用，在实际生活中得到了广泛的应用。静电的危害越来越引起人们的关注，当物体表面的正负电荷不平衡时就产生静电场，并对周围物体产生一定的影响。静电是通过电子或离子的转移而形成的。实验表明，当带电体表面电荷面密度达到10－6C／m2时，就会产生明显的宏观静电现象。在空气中，如果场强达到30kV／cm时，就会产生明显的电火花放电现象，也就是产生静电放电。
1 静电产生的机理
静电产生机理可分为固体起电，液体起电，粉体起电等。最常见的是固体起电，当两物体接触时，在界面处由于两个作用面能态的差异，如电子逸出功、温度、电荷载体浓度等，发生电荷转移而形成偶电层。这种转移可能是电子，也可能是离子。电解质材料显示出明显的起电能力，导体与半导体可以参与起电也可以自身起电。物体起电在很大程度上取决于材料界面层的载体性质。电子导电的载体是电子，金属是典型代表；离子导电的载体是该物质自身的离子，其典型代表是晶体物质；分子式离子导电近似于离子导电。除不同的物体之间接触摩擦产生静电外，摩擦起电也能在相同的物质间发生，例如，两块密切接触的塑料(如聚乙烯)分开时，能产生很高的静电(可达10kV以上)，再如高绝缘材料之间摩擦引起的电位也很高。
2 静电的应用
(1)静电集成。是指用电气的方法去除气体中浮游的微小尘埃，集尘电极接地，放电电极上施加直流电压(－40～200kV)并形成电晕放电。含尘气体由集尘电极下方进入放电区，粉尘会带上负极性电荷。荷负电的尘埃在电场作用下被集尘电极吸附，由此可去除气流中的粉尘。另外，放电电极为负极时，电极间放电电压比放电电极为正极性时要高，因此可得到较高的电场强度。但是，对于室内空气净化用的小型集尘器，为了不产生对人体有害的臭氧，通常采用正极电晕放电。近年来，高性能，经济的电气集尘器已得到开发应用，如现在在火力发电厂中普遍装设了电除尘装置，为治理和防止大气污染作出了突出贡献。
(2)静电喷涂。利用电气集尘的原理，可以高效地喷涂。例如，使涂料微粒化，并使其带上负电荷，而被涂的金属物体接地，喷出的粒子会沿着电力线移动，使涂料牢固地附着在物体的表面。静电涂料具有：涂料浪费少；可均匀牢固的喷涂：可流水作业，而且可利用传送带进行大规模生产等优点，被广泛用于汽车、家电产品以及电动机等的喷涂。
(3)静电摄影。静电摄影是用静电记录图像的方法，方法种类较多，下面说明其中一种方法，首先将镀有硒膜的金属极板置于暗室，利用电晕放电使其带上正电荷。然后使其曝光，光照射到部分的硒膜会失去正电荷，在硒膜上撒上带负电的着色剂(着色离子)，硒膜上残余有正电荷的部分会附着着色剂，将带正电荷的纸贴在该面上，在复制到着色剂的图案后，进行加热，即可使着色剂定影，静电摄影也称为电子摄影，被广泛地应用于复印机和打印机中。
(4)静电选别。利用静电力，从导电率不同的两类粒子组成的混合物中分离出各种成分称为静电选别。例如，将混合粒子放在金属板上，利用电晕放电使粒子带电后，将金属板倾斜。此时，由于导电性好的粒子失去较多电荷，与金属板间的附着力降低，因而迅速从金属板上滑落，由此可进行粒子选别，如农业生产中应用的静电选种籽等。静电选别已应用于矿石类选，食品加工过程中异物的去除以及茶叶选别等方面。
(5)产生直流高压。范德格拉夫静电发生器就是利用电晕放电使高压球带电而产生直流高压的，可以做泄漏电流试验等绝缘检查试验(如冲击试验等)，广泛应用于生产电力设备厂家和电力系统等部门。
(6)高压测量，静电电压表，脉冲电压记录仪都是利用静电现象对高压进行测量的装置，广泛应用于电力的高压试验等领域。
(7)燃料气体的点火。利用微小电流放电可以对燃气热水器、燃气炉灶等进行点火，放电脉冲电压峰值为几万伏，而汽车的点火等也是利用微小的电流放电，使发动机汽缸内燃料气体爆炸而获得动力，燃料气体点火时脉冲电压的峰值一般为10－100kV。
3 静电放电及特点
静电和静电放电是人类认识的最古老的电现象，也是一个经典的电磁学研究课题。人类利用这一现象创造了静电除尘、静电喷涂、静电复印等一系列应用技术。20世纪50年代以来，随着高分子材料如塑料及制品等的迅速推广应用，使静电积累达到很高的程度：另一方面，静电敏感材料和设备，例如，电工用品、固态电子器件、集成电路、电子计算机、电子电器设备等的大量生产和广泛使用，受静电危害越来越突出。静电放电给人类造成巨大损失：引起火灾爆炸事故：使导弹发射失败，毁坏电子器件和设备：破坏太阳能电池组，使航天飞行器寿命缩短；干扰卫星正常运行，使火箭、卫星发射失败或毁坏；干扰航天器与地面通讯，造成失控等等。静电放电引发的严重危害已引起了人们的高度重视。
静电不仅仅是传统意义上的静止电荷激发的静电场问题，而是与静电放电联系在一起的电磁环境问题。
什么是静电放电?静电放电是带不同静电电位的物体间静电电荷的迁移现象。当带静电物体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质电离而使带静电物体上的静电荷部分或全部消失。
静电放电与电磁辐射一样，是电磁环境效应的重要组成部分。
了解静电放电的特点，可以更深入地了解静电放电造成危害的原因，更有效地采取静电防护措施，科学地进行静电放电试验。静电放电有以下两大特点：
(1)人们往往认为静电放电是一个高电位、强电场、小电流的过程。其实，这种认识并不完全正确。的确，有些放电过程产生的放电电流确实比较小，如在不均匀电场中空气被局部电离产生的电晕放电的电流就比较小，约1μA至数百μA之间。我们熟悉的尖端放电就是属于电晕放电。但是，在大多数情况下，尤其是带静电导体或手持小金属物体(如钥匙和螺丝刀等)的带静电人体对接地体产生火花放电时，产生的瞬时脉冲电流的强度可达几十安至上百安。发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，伴随强大的脉冲电流和电磁辐射，具有较强的破坏力，对敏感的电子器件与设备造成危害。
(2)静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲，人们在研究静电放电危害时，主要关心的常是静电放电产生的注入电流对电工用品、电子器件、电子设备及其他静电敏感系统的危害，例如，静电放电的火花对 易燃、易爆气体、粉尘等的引燃、引爆问题。但是，近年来随着静电测量技术、测量仪器和测量手段的迅速发展，使人们对静电放电这一瞬态过程的认识越来越清楚，在静电放电过程中会产生上升时间极快、持续时间极短的初始大电流，并产生强烈的电磁辐射形成静电放电电磁脉冲，其电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转，或使装置中的电工用品误爆，造成事故。例如数字集成芯片，正常工作时数字信号幅度为3.5V，流过芯片输入电阻(约5kΩ)的电流0.7mA，脉宽为4ns时，数字信号能量为9.8×10－12J，能使集成逻辑元件发生电平翻转。静电放电时的能量要比该值大10个数量级左右，肯定会使集成芯片产生误动作，甚至元件损坏。以人体放电为例，人体电容为150pF，等效放电电阻为33012，若带静电为10kV，所含能量为7．5×10－3，通过人体电阻突然放电，放电脉冲时间宽度为22.5ns，放电瞬间的功率峰值高达300kW。能量之大，固然易形成电磁干扰。大部分静电能量虽然微弱，但在极短时间起作用时，瞬间能量密度可大到危害的程度。所以静电放电电磁脉冲已受到人们普遍重视，作为电场危害源，许多人把它与高空核爆炸形成的核电磁脉冲及雷电放电时产生的雷电电磁脉冲相提并论。
4 静电的防护
静电控制技术是指在静电积聚不可避免的前提下，采用综合措施，将静电危害因素控制在允许的范围内。基本防护途径有以下几种，设法控制静电的产生和积累，抑制静电电位和静电放电能量。
(1)泄漏法
旨在使静电通过泄漏达到消除的目的。通常采用静电接地使电荷向大地泄漏；也有采用增大物体电导的方法使静电沿物体表面或通过内部泄漏，如添加防加静电剂或增湿。
(2)静电屏蔽法
根据静电屏蔽的原理，可分为主动屏蔽和被动屏蔽两种。具体措施是用接地的屏蔽罩把带电体与其他物体隔离开来，这样带电体的电场将不向周围其他物体散射(主动屏蔽)；有时也用屏蔽罩把被隔离物体包围起来，使被隔离物体免受外界电场的影响(被动屏蔽)。
(3)复合中合法
利用复合中和的办法消除静电荷的办法。通常利用静电消除器产生带有异号电荷的离子与带电体的电荷复合，达到中和电荷的目的。
(4)整洁法
为了避免尖端放电现象，应尽可能使带电体及周围物体的表面保持净化和洁净，以便减少尖端放电的可能性。还有控制环境湿度等。
(5)其他防护措施
(a)测量操作过程中，操作台上放置接地金属板，操作人员应戴上防静电腕带等防静电设备，使操作人员的人体静电可靠地引入大地。
(b)在焊接过程中，尤其对静电敏感器件，所使用电烙铁等焊接设备应有良好的接地。必要时，应断电焊接。
(c)静电敏感器件和设备的搬运、储存时，用铝箔等金属软包装。金属储存箱盒应有良好的屏蔽、接地。
【关键词】 静电 应用 放电 防护措施
所谓静电，是指静止的电荷不发生移动。但通常情况下，静电应用也包含电流放电(如电晕放电)的应用，在实际生活中得到了广泛的应用。静电的危害越来越引起人们的关注，当物体表面的正负电荷不平衡时就产生静电场，并对周围物体产生一定的影响。静电是通过电子或离子的转移而形成的。实验表明，当带电体表面电荷面密度达到10－6C／m2时，就会产生明显的宏观静电现象。在空气中，如果场强达到30kV／cm时，就会产生明显的电火花放电现象，也就是产生静电放电。
1 静电产生的机理
静电产生机理可分为固体起电，液体起电，粉体起电等。最常见的是固体起电，当两物体接触时，在界面处由于两个作用面能态的差异，如电子逸出功、温度、电荷载体浓度等，发生电荷转移而形成偶电层。这种转移可能是电子，也可能是离子。电解质材料显示出明显的起电能力，导体与半导体可以参与起电也可以自身起电。物体起电在很大程度上取决于材料界面层的载体性质。电子导电的载体是电子，金属是典型代表；离子导电的载体是该物质自身的离子，其典型代表是晶体物质；分子式离子导电近似于离子导电。除不同的物体之间接触摩擦产生静电外，摩擦起电也能在相同的物质间发生，例如，两块密切接触的塑料(如聚乙烯)分开时，能产生很高的静电(可达10kV以上)，再如高绝缘材料之间摩擦引起的电位也很高。
2 静电的应用
(1)静电集成。是指用电气的方法去除气体中浮游的微小尘埃，集尘电极接地，放电电极上施加直流电压(－40～200kV)并形成电晕放电。含尘气体由集尘电极下方进入放电区，粉尘会带上负极性电荷。荷负电的尘埃在电场作用下被集尘电极吸附，由此可去除气流中的粉尘。另外，放电电极为负极时，电极间放电电压比放电电极为正极性时要高，因此可得到较高的电场强度。但是，对于室内空气净化用的小型集尘器，为了不产生对人体有害的臭氧，通常采用正极电晕放电。近年来，高性能，经济的电气集尘器已得到开发应用，如现在在火力发电厂中普遍装设了电除尘装置，为治理和防止大气污染作出了突出贡献。
(2)静电喷涂。利用电气集尘的原理，可以高效地喷涂。例如，使涂料微粒化，并使其带上负电荷，而被涂的金属物体接地，喷出的粒子会沿着电力线移动，使涂料牢固地附着在物体的表面。静电涂料具有：涂料浪费少；可均匀牢固的喷涂：可流水作业，而且可利用传送带进行大规模生产等优点，被广泛用于汽车、家电产品以及电动机等的喷涂。
(3)静电摄影。静电摄影是用静电记录图像的方法，方法种类较多，下面说明其中一种方法，首先将镀有硒膜的金属极板置于暗室，利用电晕放电使其带上正电荷。然后使其曝光，光照射到部分的硒膜会失去正电荷，在硒膜上撒上带负电的着色剂(着色离子)，硒膜上残余有正电荷的部分会附着着色剂，将带正电荷的纸贴在该面上，在复制到着色剂的图案后，进行加热，即可使着色剂定影，静电摄影也称为电子摄影，被广泛地应用于复印机和打印机中。
(4)静电选别。利用静电力，从导电率不同的两类粒子组成的混合物中分离出各种成分称为静电选别。例如，将混合粒子放在金属板上，利用电晕放电使粒子带电后，将金属板倾斜。此时，由于导电性好的粒子失去较多电荷，与金属板间的附着力降低，因而迅速从金属板上滑落，由此可进行粒子选别，如农业生产中应用的静电选种籽等。静电选别已应用于矿石类选，食品加工过程中异物的去除以及茶叶选别等方面。
(5)产生直流高压。范德格拉夫静电发生器就是利用电晕放电使高压球带电而产生直流高压的，可以做泄漏电流试验等绝缘检查试验(如冲击试验等)，广泛应用于生产电力设备厂家和电力系统等部门。
(6)高压测量，静电电压表，脉冲电压记录仪都是利用静电现象对高压进行测量的装置，广泛应用于电力的高压试验等领域。
(7)燃料气体的点火。利用微小电流放电可以对燃气热水器、燃气炉灶等进行点火，放电脉冲电压峰值为几万伏，而汽车的点火等也是利用微小的电流放电，使发动机汽缸内燃料气体爆炸而获得动力，燃料气体点火时脉冲电压的峰值一般为10－100kV。
3 静电放电及特点
静电和静电放电是人类认识的最古老的电现象，也是一个经典的电磁学研究课题。人类利用这一现象创造了静电除尘、静电喷涂、静电复印等一系列应用技术。20世纪50年代以来，随着高分子材料如塑料及制品等的迅速推广应用，使静电积累达到很高的程度：另一方面，静电敏感材料和设备，例如，电工用品、固态电子器件、集成电路、电子计算机、电子电器设备等的大量生产和广泛使用，受静电危害越来越突出。静电放电给人类造成巨大损失：引起火灾爆炸事故：使导弹发射失败，毁坏电子器件和设备：破坏太阳能电池组，使航天飞行器寿命缩短；干扰卫星正常运行，使火箭、卫星发射失败或毁坏；干扰航天器与地面通讯，造成失控等等。静电放电引发的严重危害已引起了人们的高度重视。
静电不仅仅是传统意义上的静止电荷激发的静电场问题，而是与静电放电联系在一起的电磁环境问题。
什么是静电放电?静电放电是带不同静电电位的物体间静电电荷的迁移现象。当带静电物体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质电离而使带静电物体上的静电荷部分或全部消失。
静电放电与电磁辐射一样，是电磁环境效应的重要组成部分。
了解静电放电的特点，可以更深入地了解静电放电造成危害的原因，更有效地采取静电防护措施，科学地进行静电放电试验。静电放电有以下两大特点：
(1)人们往往认为静电放电是一个高电位、强电场、小电流的过程。其实，这种认识并不完全正确。的确，有些放电过程产生的放电电流确实比较小，如在不均匀电场中空气被局部电离产生的电晕放电的电流就比较小，约1μA至数百μA之间。我们熟悉的尖端放电就是属于电晕放电。但是，在大多数情况下，尤其是带静电导体或手持小金属物体(如钥匙和螺丝刀等)的带静电人体对接地体产生火花放电时，产生的瞬时脉冲电流的强度可达几十安至上百安。发生火花放电时，静电能量瞬时集中释放，伴随强大的脉冲电流和电磁辐射，具有较强的破坏力，对敏感的电子器件与设备造成危害。
(2)静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲，人们在研究静电放电危害时，主要关心的常是静电放电产生的注入电流对电工用品、电子器件、电子设备及其他静电敏感系统的危害，例如，静电放电的火花对 易燃、易爆气体、粉尘等的引燃、引爆问题。但是，近年来随着静电测量技术、测量仪器和测量手段的迅速发展，使人们对静电放电这一瞬态过程的认识越来越清楚，在静电放电过程中会产生上升时间极快、持续时间极短的初始大电流，并产生强烈的电磁辐射形成静电放电电磁脉冲，其电磁能量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转，或使装置中的电工用品误爆，造成事故。例如数字集成芯片，正常工作时数字信号幅度为3.5V，流过芯片输入电阻(约5kΩ)的电流0.7mA，脉宽为4ns时，数字信号能量为9.8×10－12J，能使集成逻辑元件发生电平翻转。静电放电时的能量要比该值大10个数量级左右，肯定会使集成芯片产生误动作，甚至元件损坏。以人体放电为例，人体电容为150pF，等效放电电阻为33012，若带静电为10kV，所含能量为7．5×10－3，通过人体电阻突然放电，放电脉冲时间宽度为22.5ns，放电瞬间的功率峰值高达300kW。能量之大，固然易形成电磁干扰。大部分静电能量虽然微弱，但在极短时间起作用时，瞬间能量密度可大到危害的程度。所以静电放电电磁脉冲已受到人们普遍重视，作为电场危害源，许多人把它与高空核爆炸形成的核电磁脉冲及雷电放电时产生的雷电电磁脉冲相提并论。
4 静电的防护
静电控制技术是指在静电积聚不可避免的前提下，采用综合措施，将静电危害因素控制在允许的范围内。基本防护途径有以下几种，设法控制静电的产生和积累，抑制静电电位和静电放电能量。
(1)泄漏法
旨在使静电通过泄漏达到消除的目的。通常采用静电接地使电荷向大地泄漏；也有采用增大物体电导的方法使静电沿物体表面或通过内部泄漏，如添加防加静电剂或增湿。
(2)静电屏蔽法
根据静电屏蔽的原理，可分为主动屏蔽和被动屏蔽两种。具体措施是用接地的屏蔽罩把带电体与其他物体隔离开来，这样带电体的电场将不向周围其他物体散射(主动屏蔽)；有时也用屏蔽罩把被隔离物体包围起来，使被隔离物体免受外界电场的影响(被动屏蔽)。
(3)复合中合法
利用复合中和的办法消除静电荷的办法。通常利用静电消除器产生带有异号电荷的离子与带电体的电荷复合，达到中和电荷的目的。
(4)整洁法
为了避免尖端放电现象，应尽可能使带电体及周围物体的表面保持净化和洁净，以便减少尖端放电的可能性。还有控制环境湿度等。
(5)其他防护措施
(a)测量操作过程中，操作台上放置接地金属板，操作人员应戴上防静电腕带等防静电设备，使操作人员的人体静电可靠地引入大地。
(b)在焊接过程中，尤其对静电敏感器件，所使用电烙铁等焊接设备应有良好的接地。必要时，应断电焊接。
(c)静电敏感器件和设备的搬运、储存时，用铝箔等金属软包装。金属储存箱盒应有良好的屏蔽、接地。