在一些國家和地區(qū),“靜電”是冬季干燥的禍根。靜電就像字面一樣是靜態(tài)的,也就是電荷*1不移動,保持帶電狀態(tài)*2的電。
因衣服摩擦等而使帶電的人與不帶電的物體之間可能會產(chǎn)生幾千伏的高電壓。此時,當(dāng)人接觸或接近該個物體時,帶電的電荷會立即流向物體從而產(chǎn)生放電。這種靜電現(xiàn)象被稱為ESD:Electro-Static Discharge(靜電放電)*3。
此外,如果帶電物體之間的電荷極性(正/負)相同,則它們相互排斥,如果它們的電荷極性不同,則相互吸引。在后一種情況下,會導(dǎo)致不必要的灰塵和污垢等可能會粘附在產(chǎn)品上。
下面分別列出了靜電引起的典型問題和有效利用靜電的示例。
*1 電荷:電是物質(zhì)的固有屬性之一,這種電的來源稱為電荷。有正電(正)和負電(負)兩種極性,這種電荷的行為和舉動能引起各種電現(xiàn)象。
*2 帶電:例如,如果讓電荷不易移動、電流不易流動的物質(zhì)——絕緣體貼在一起相互摩擦,則可能會進入其中一方帶有較多的正電荷或負電荷的狀態(tài)。這種電荷累積后的狀態(tài)稱為帶電。
*3 包括ESD(靜電放電)在內(nèi),放電時電荷移動,也就是有電流流動,因此ESD好像不應(yīng)該被認為是靜電現(xiàn)象。但是,鑒于ESD是瞬時放電且電流很小,我們在此將ESD視為一種靜電現(xiàn)象。
靜電問題1:ESD(靜電放電)與ESD破壞
IC等電子設(shè)備中發(fā)生ESD可能會導(dǎo)致電子設(shè)備發(fā)生故障和誤動作。電子設(shè)備因發(fā)生高電壓下的瞬時放電而無法正常工作被稱為“ESD破壞”,它不僅在電子產(chǎn)品的制造工序中,而且在產(chǎn)品購買者使用時都會導(dǎo)致故障和問題。
此外,衣服等特別容易因摩擦而帶電和發(fā)生ESD,例如,如果帶電作業(yè)人員在制造現(xiàn)場接觸產(chǎn)品,則皮膚會感受到刺激和疼痛,給人帶來痛苦。而且,帶電作業(yè)人員可能會導(dǎo)致ESD破壞,從而產(chǎn)生缺陷產(chǎn)品。
靜電問題2:帶電引起的灰塵、污垢等異物的粘附
空氣中的灰塵、污垢、金屬粉末等異物與工件*4和產(chǎn)品分別帶正電/負電或負電/正電后,就會像前面所述的那樣在雙方之間產(chǎn)生吸引力,異物會粘附到后者上面。
例如,如果異物粘附在金屬(導(dǎo)體)設(shè)備的外殼或車體上,則可能會導(dǎo)致噴涂質(zhì)量下降。此外,如果異物粘附在樹脂(絕緣體)薄膜、片材、食品容器等產(chǎn)品上,則可能會出現(xiàn)次品,還有,在保管過程中也會由于粘附了細小的異物而使產(chǎn)品受到玷污,可能會導(dǎo)致質(zhì)量下降和投訴。而且,在薄膜類產(chǎn)品的制造和加工工序中,基材扭曲和邊角起翹可能會導(dǎo)致在形成涂膜的藥劑和液體材料的涂抹工序以及卷繞過程中出現(xiàn)問題。
*4 工件:制造過程中的加工對象物體。例如,在金屬外殼的壓制成型工序中,壓制材料被稱為工件,而在外殼涂裝工序中,外殼本身就被稱為工件。
靜電的意外用途:與降雪時利用靜電發(fā)電相關(guān)的研究
在空氣干燥的冬季,靜電在各種工業(yè)產(chǎn)品和人們的生活中造成上述問題。除此之外,在寒冷地區(qū),太陽能電池板上的積雪會導(dǎo)致太陽能發(fā)電的效率顯著降低,再加上供暖使電力需求增加,有可能成為大問題。
靜電一直被認為只會造成這些影響和問題,但是,與利用降雪產(chǎn)生靜電的能量收集*5相關(guān)的研究也在進行。
*5 能量收集:指從熱量、陽光、照明、人體運動和機器工作產(chǎn)生的振動等日常環(huán)境中收集能量,再將其其轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)。
功能性防寒用具就是其中的一個使用示例。通過在衣服表面或鞋底安裝該設(shè)備進行發(fā)電,再通過加熱器進行取暖,在降雪期間進行冬季體育活動等戶外活動中感知運動和身體狀態(tài),這些都可以不使用事先充好電的二次電池等即可實現(xiàn)。
此外,人們認為,通過采用這種設(shè)備本身就能進行感知的機制,可以更加容易地在電力供應(yīng)困難的地方的設(shè)置和運行氣象觀測設(shè)備。
基于這樣的新想法,與能量收集相關(guān)的研究和開發(fā)不斷多樣化并取得進步,對未來能量獲取的新選項將會增加的期望不斷上升。
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