静电的应用

张军民

同学们，日常生活中你遇到过下列现象吗？在每天夜晚脱衣服的时候，常常会发现劈劈啪啦的闪光声响；见面握手时，手指刚一接触，就会有触电感觉；在用梳子梳理头发的时候，常常会发现毛发形成射线状，同时用梳过头发的梳子，还可以将碎纸屑吸起来.以上现象就是我们常说的“静电”现象.

其实，早在公元前6世纪，古希腊人泰勒斯就发现摩擦过的琥珀能够吸引轻小物体的“静电现象”.公元1世纪，我国学者王充在《论衡》一书中提到“顿牟掇芥”一语，指的是用玳瑁壳经摩擦后也能吸引轻小物体.后来人们发现很多物质都会由于摩擦而带电吸引轻小物体，并且带电物体之间存在着相互排斥或相互吸引的作用.

那么，为什么会产生“静电现象”呢？

原来任何物体都是由原子组合而成，而原子又是由原子核和电子组成.科学家们将原子核定义为带正电，电子带负电.在正常情况下，一个原子的原子核带正电数与电子带负电数相同，正负电平衡，所以对外表现出不带电的现象.但是如果在摩擦等外界作用下会使原子核外的电子出现得失，原子核较远的电子受到束缚较弱，容易受到外界的作用而脱离原子，使物体带上正电，反之则带上负电，这就是摩擦起电的实质，也是通过摩擦发生静电现象的原因.但是在有些情况下物体间不摩擦也能使物体产生静电现象，如感应静电起电、热电和压电起电、喷射起电等.任何两个不同材质的物体只要接触后分离就能产生静电现象，即便是流动的空气也能产生静电.为什么流动空气会产生静电呢？因为空气也是由原子组合而成，可以这么说，在人们生活的任何时间、任何地点都有可能产生静电.“静电现象”虽然给我们生活带来不少不便，甚至产生危害，但是也有许多“静电现象”与我们的生活、生产联系较为紧密.目前，静电技术已经广泛应用于基础理论研究、信息工程、空间技术、计算机工程、大规模集成电路生产、环境保护、生物技术、选矿和物质分离、医疗卫生消毒、食品保鲜、石油化工、纺织印染、农业生产等各个领域，正在形成一个新兴的“静电产业”.下面介绍几种日常生活中主要的静电技术的应用.

1.静电复印

近年来，随着办公自动化的发展，静电复印机的使用越来越广泛，复印机利用了静电吸附原理，具有简便、迅速、清晰、可扩印和缩印，还可复印彩色原件等优点.复印机的核心部件是有机光导体鼓（OPC）.它是一个金属圆筒，表面涂覆有机光导体.没有光照时OPC是绝缘体，受到光照时变成导体.工作流程如下：

（1）照明.复印前先通过机内电路使有机光导体鼓在暗处带电，如图1（甲）所示.

（2）聚焦成像.复印时强光照在文件上，文件反射的光通过光学系统在鼓上成像，亮处的OPC层变成导体，所带的电荷流失，暗处的电荷保留下来.这时在鼓上出现一个电荷组成的“潜像”，如图1（乙）所示，肉眼不能看见.

（3）静电显影.有机光导体鼓在转动，潜像经过墨粉盒时，已经带相反电荷的墨粉被吸附在鼓表面带电部位上，鼓表面的潜像变成了可见的像，如图1（丙）所示.

（4）转印和定影.有机光导体鼓继续转动，经过复印纸时把墨粉印在纸上，白纸变成了文件的副本.有机光导体鼓不停地转动，文件就一页一页地复印出来了.墨粉是掺了树脂胶的，复印件要加热，墨粉才能永久地粘在纸上，如图1（丁）所示.

2.静电除尘

这是利用气体除掉灰尘的一种方法，主要原理是利用静电场使气体电离为正离子和电子，电子在奔向正极过程中遇到尘粒，使尘粒带负电，然后被吸附到正极上，从而被收集（如图2所示）.这种方法常用于以煤为燃料的工厂、发电站，收集烟气中的煤灰和粉尘.在冶金中主要用于收集锡、锌、铅、铝等的氧化物.

3.静电喷涂

静电喷涂主要用于工业上的喷漆及敷粉.它分为“液体静电喷涂”（又称“静电喷漆”“静电喷油”）和“粉末静电喷涂”（又称“静电喷塑”“喷塑”）.主要设备是指静电喷涂工艺中的核心设备：液体喷涂的静电喷漆枪和粉末喷涂的静电粉末喷枪（静电喷塑机）（如图3所示）.该技术原理是利用静电吸附作用将聚合物涂料微粒涂敷在接地金属物体上，然后将其送入烘炉以形成厚度均匀的涂层.电晕放电电极使直径5～30微米的涂料粒子带电，在输送气力和静电力的作用下，涂料粒子飞向被涂物，粒子所带电荷与被涂物上的感应电荷之间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匀涂料.一般经2～3秒，涂层即可达40～50微米厚.静电喷涂的漆液利用率甚高，可达80～90%左右.目前主要用于汽车、机械、家用电器等行业.同传统技术相比可以节约原料，降低成本.

4.静电植绒

静电植绒也是静电在实际生活中的一个重要应用，它的原理是利用同性电荷相斥、异性电荷相吸的物理特性，其装置由两个平行板电极构成（如图4所示）.其中下电极接地，并在其上放置基底材料和短纤维；上电极板施加高压直流电，两电极间形成强电场，使绒毛带上负电荷，把需要植绒的物体放在零电位或接地条件下，绒毛受到异电位被植物体吸引，呈垂直状加速飞升到需要植绒的物体表面上，由于被植物体涂有胶粘剂，绒毛就被垂直粘在被植物体上，因此静电植绒是利用电荷的自然特性产生的一种生产新工艺.但在使用过程中要注意黏合剂不要涂得太多，避免滴落在下极板上；要逐渐加大电压，切忌一开始就调到最高电压.目前主要产品类型有：纤维制品如地毯、坐垫、人造皮毛和印花绒布等；塑料制品如装饰布、保护用吸声布及赋有表面弹性的制品等；金属制品有装饰材料、保护材料和隔热材料等；其他还有用于装饰的木制壳体和纸制壳体等.

5.静电分选

对于混杂在一起的各种废旧塑料，可利用静电进行多次分选.静电分选法特别适用于带极性的聚氯乙烯，分离纯度可达99%.物料经给料系统均匀散布在接地转动电极光滑表面上，带电的物料与接地分选滚筒电极交换，两种不同静电性能不同的物料有差异.然后带电的物料进入分选区，在静电力、重力、离心力等的合力作用下下落，完成两种不同电性物料的分离.目前静电分选主要应用在选矿等方面（如图5所示）.

6.静电喷药

该技术应用高压静电使雾滴充电，带电的雾滴在静电场作用下，快速、均匀飞向并吸附在作物上，减少了雾滴漂移，提高了农药在作物茎叶正反面、隐蔽部位的沉积率，增加了药物与病虫害接触的机会，减少了药液损失，降低了对环境的污染（如图6所示）.

7.静电杀菌

静电常温灭菌技术是我国科技工作者率先完成的一项新技术，其中包括电磁杀菌和臭氧杀菌两项技术.

电磁杀菌技术是采用高压静电场和交变电场、静磁场和交变磁场对液体进行静电常温杀菌技术.它解决了高温杀菌破坏水果汁、蔬菜汁、啤酒等饮料营养成分的难题，杀菌效率达到100%.

静电臭氧杀菌技术主要是指静电臭氧发生技术.过去采用点发电技术，臭氧发生量很少.现在采用的是面放电技术，臭氧的发生量增加几十倍.臭氧是一种强氧化物，可用于消毒灭菌.臭氧有净化空气、消除臭味之功效.

静电应用技术种类繁多，除了上述几种在生活中常用外，另外还有静电育种、静电纺纱等.在高技术领域，静电也有着广泛的应用，如：静电火箭发动机、静电轴承、静电陀螺仪、静电透镜等.