靜電的應用

張軍民

同學們，日常生活中你遇到過下列現象嗎？在每天夜晚脫衣服的時候，常常會發現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；在用梳子梳理頭發的時候，常常會發現毛發形成射線狀，同時用梳過頭發的梳子，還可以將碎紙屑吸起來.以上現象就是我們常說的“靜電”現象.

其實，早在公元前6世紀，古希臘人泰勒斯就發現摩擦過的琥珀能夠吸引輕小物體的“靜電現象”.公元1世紀，我國學者王充在《論衡》一書中提到“頓牟掇芥”一語，指的是用玳瑁殼經摩擦后也能吸引輕小物體.后來人們發現很多物質都會由于摩擦而帶電吸引輕小物體，并且帶電物體之間存在著相互排斥或相互吸引的作用.

那么，為什么會產生“靜電現象”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.科學家們將原子核定義為帶正電，電子帶負電.在正常情況下，一個原子的原子核帶正電數與電子帶負電數相同，正負電平衡，所以對外表現出不帶電的現象.但是如果在摩擦等外界作用下會使原子核外的電子出現得失，原子核較遠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，反之則帶上負電，這就是摩擦起電的實質，也是通過摩擦發生靜電現象的原因.但是在有些情況下物體間不摩擦也能使物體產生靜電現象，如感應靜電起電、熱電和壓電起電、噴射起電等.任何兩個不同材質的物體只要接觸后分離就能產生靜電現象，即便是流動的空氣也能產生靜電.為什么流動空氣會產生靜電呢？因為空氣也是由原子組合而成，可以這么說，在人們生活的任何時間、任何地點都有可能產生靜電.“靜電現象”雖然給我們生活帶來不少不便，甚至產生危害，但是也有許多“靜電現象”與我們的生活、生產聯系較為緊密.目前，靜電技術已經廣泛應用于基礎理論研究、信息工程、空間技術、計算機工程、大規模集成電路生產、環境保護、生物技術、選礦和物質分離、醫療衛生消毒、食品保鮮、石油化工、紡織印染、農業生產等各個領域，正在形成一個新興的“靜電產業”.下面介紹幾種日常生活中主要的靜電技術的應用.

1.靜電復印

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

（1）照明.復印前先通過機內電路使有機光導體鼓在暗處帶電，如圖1（甲）所示.

（2）聚焦成像.復印時強光照在文件上，文件反射的光通過光學系統在鼓上成像，亮處的OPC層變成導體，所帶的電荷流失，暗處的電荷保留下來.這時在鼓上出現一個電荷組成的“潛像”，如圖1（乙）所示，肉眼不能看見.

（3）靜電顯影.有機光導體鼓在轉動，潛像經過墨粉盒時，已經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）轉印和定影.有機光導體鼓繼續轉動，經過復印紙時把墨粉印在紙上，白紙變成了文件的副本.有機光導體鼓不停地轉動，文件就一頁一頁地復印出來了.墨粉是摻了樹脂膠的，復印件要加熱，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”）.主要設備是指靜電噴涂工藝中的核心設備：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）（如圖3所示）.該技術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2～3秒，涂層即可達40～50微米厚.靜電噴涂的漆液利用率甚高，可達80～90%左右.目前主要用于汽車、機械、家用電器等行業.同傳統技術相比可以節約原料，降低成本.

4.靜電植絨

靜電植絨也是靜電在實際生活中的一個重要應用，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，兩電極間形成強電場，使絨毛帶上負電荷，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生的一種生產新工藝.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，切忌一開始就調到最高電壓.目前主要產品類型有：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99%.物料經給料系統均勻散布在接地轉動電極光滑表面上，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.然后帶電的物料進入分選區，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用在選礦等方面（如圖5所示）.

6.靜電噴藥

該技術應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會，減少了藥液損失，降低了對環境的污染（如圖6所示）.

7.靜電殺菌

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

電磁殺菌技術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行靜電常溫殺菌技術.它解決了高溫殺菌破壞水果汁、蔬菜汁、啤酒等飲料營養成分的難題，殺菌效率達到100%.

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

靜電應用技術種類繁多，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.在高技術領域，靜電也有著廣泛的應用，如：靜電火箭發動機、靜電軸承、靜電陀螺儀、靜電透鏡等.