解決橡膠靜電問題的廉價方案

解決橡膠靜電問題的廉價方案

孩子們可以盡情享受靜電帶來的樂趣。當他們把氣球放在頭上摩擦的時候，頭發(fā)會粘到氣球上，這是因為當帶電粒子從一個物體傳遞到另一個物體之后，兩種帶相反電荷的物體之間產生了吸引力。但在工業(yè)上，這可不是什么好玩的事。例如，在汽車的塑料燃油過濾器中或半導體部件內部，靜電累積可能引發(fā)危險的火花放電，或導致灰塵積聚，損壞電器電路。美國西北大學的Bartosz Grzybowski研究團隊目前找到一種廉價和可靠的解決辦法。他們驚奇發(fā)現，只要在塑料或橡膠等高分子聚合物表面涂上一層抗氧化物（例如維生素E），就能防止靜電積聚。

Bartosz Grzybowski介紹說，靜電的神秘之處在于，盡管絕緣體表面積聚的同性帶電粒子之間會互相排斥，這種排斥力使它們均勻分布在物體表面并引發(fā)漏電，但電荷仍然能夠穩(wěn)定地大量積聚。因此，靜電能夠積累足夠的量，在導電途徑出現時瞬間放電，例如閃電穿過人體擊中金屬欄桿，或在空氣中產生微型球形閃電一般的小火花。

該研究團隊最近發(fā)表在《科學》雜志上的文章揭開了這個謎。研究人員在顯微鏡下研究了帶電粒子在高分子材料表面累積時電場和磁場的分布情況。他們發(fā)現，自由基的存在能使電荷穩(wěn)定。自由基是一種帶有多余的自由電荷，由分子在某個面上的化學鍵斷裂形成性質活潑的分子。自由基吸附了一些電荷，如果沒有自由基，電荷就無法緊密排布。研究團隊表示，只要把一層能夠和自由基發(fā)生反應的涂層覆蓋在表面，消除這些自由基，就能防止靜電積聚。其中一種廉價無毒的抗氧化物涂層就是維生素E。實際上，一些這樣的化學品會在生產高分子材料的時候被添加進去，以消除紫外線損傷化學基團，但它們從未被當作防靜電涂層使用。

為了證明他們的結論，研究人員把自由基清除劑涂在聚苯乙烯球等普通的高分子材料表面。不出所料，在通過摩擦使涂了涂層的小球帶電后，僅僅過了幾分鐘靜電就消散了。科學家還把防靜電涂層涂在一個晶體管表面，并用離子槍向它發(fā)射帶電粒子，晶體管毫發(fā)未損。Bartosz Grzybowski說：“答案簡直簡單得令人難以置信?！?/p>

《自然》雜志社聯系了其他研究人員，他們也認為這個研究激動人心。美國北卡羅來納州大學的Michael Dickey研究納米電子學，他表示這項研究真正的價值在于發(fā)現了靜電產生的根源。他補充說：“解決一個老問題的方法竟然如此簡單，這太巧妙了?！?/p>

Fred Roska是美國3M公司的研究員，他表示靜電效應是“工業(yè)上的一個大難題”。他補充舉例說，在半導體制造業(yè)中，只要設法提供和高分子材料表面上積聚的靜電電性相反的電荷，消除靜電，就能擁有十億美元的市場。工業(yè)上還會通過改進所用材料來消除靜電，例如在聚合物表面覆蓋水或凝膠等導電涂層，或在聚合物中加入導電的金屬條或碳納米管，以為靜電提供逃逸的途徑。

Bartosz Grzybowski表示目前工業(yè)上的解決方案都不過是權宜之計，例如只考慮增加材料的導電性，卻不去探究靜電積累的原因。他認為抗氧化物涂層是個廉價的解決辦法。他說，他已經為這個發(fā)現申請了專利。

（編委：吳貽珍 薦)