靜電

所謂靜電，就是一種處於靜止狀態的電荷，或者不流動的電荷。流動的電荷則會形成電流。當電荷聚集在物體上或表面時會形成了靜電。電荷分為正電荷和負電荷兩種，也就是說靜電現象也分為正靜電和負靜電。當正電荷聚集在物體上就形成正靜電，當負電荷聚集在物體上就形成負靜電。無論是正靜電還是負靜電，當帶靜電物體接觸零電位物體，譬如接地物體，或與其有電位差的物體時都會發生電荷轉移，就是我們常見到的火花放電現象。北方冬天天氣乾燥，人體容易帶上靜電，當接觸他人或金屬導電體時就會出現放電現象。人會有觸電的針刺感，夜間能看到火花，這是化纖衣物與人體摩擦人體帶上正靜電的原因。

靜電並不是靜止的電，是宏觀上暫時停留在某處的電。人在地毯或沙發上立起時，人體電壓也可高1萬多伏，而橡膠和塑料薄膜行業的靜電更是可高達10多萬伏。

物質都是由分子構成，分子是由原子構成，原子由帶負電荷的電子和帶正電荷的質子構成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞於原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子A而侵入其他的原子B，A原子因減少電子數而帶有正電現象，稱為陽離子；B原子因增加電子數而呈帶負電現象，稱為陰離子。造成不平衡電子分佈的原因是電子受外力而脫離軌道，這個外力包含各種能量。

日常生活中，任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產生靜電。當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉移到另一個物體使其帶正電，而另一個物體得到一些剩餘電子的物體而帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸後分離就會帶上靜電。通常在從一個物體上剝離一張塑料薄膜時就是一種典型的“接觸分離”起電，在日常生活中脫衣服產生的靜電也是“接觸分離”起電。固體、液體甚至氣體都會因接觸分離而帶上靜電。這是因為氣體也是由分子、原子組成，當空氣流動時分子、原子也會發生“接觸分離”而起電。我們都知道摩擦起電而很少聽說接觸起電。實質上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負電荷不平衡的過程。摩擦是一個不斷接觸與分離的過程。因此摩擦起電實質上是接觸分離起電。在日常生活，各類物體都可能由於移動或摩擦而產生靜電。另一種常見的起電是感應起電。當帶電物體接近不帶電物體時會在不帶電的導體的兩端分別感應出負電和正電。

任何物質都是由原子組合而成，而原子的基本結構為質子、中子及電子。科學家們將質子定義為正電，中子不帶電，電子帶負電。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負電平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是由於外界作用如摩擦或以各種能量如動能、位能、熱能、化學能等的形式作用會使原子的正負電不平衡。在日常生活中所說的摩擦實質上就是一種不斷接觸與分離的過程。有些情況下不摩擦也能產生靜電，如感應靜電起電，熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。任何兩個不同材質的物體接觸后再分離，即可產生靜電，而產生靜電的普遍方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易產生靜電。因為空氣也是由原子組合而成，所以可以這麼說，在人們生活的任何時間、任何地點都有可能產生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能，但可以採取一些措施控制靜電使其不產生危害。

靜電是通過摩擦引起電荷的重新分佈而形成的，也有由於電荷的相互吸引引起電荷的重新分佈形成。一般情況下原子核的正電荷與電子的負電荷相等，正負平衡，所以不顯電性。但是如果電子受外力而脫離軌道，造成不平衡電子分佈，比如實質上摩擦起電就是一種造成正負電荷不平衡的過程。當兩個不同的物體相互接觸並且相互摩擦時，一個物體的電子轉移到另一個物體，就因為缺少電子而帶正電，而另一個體得到一些剩餘電子的物體而帶負電，物體帶上了靜電。

在公元前六世紀，人類就發現琥珀摩擦后，能夠吸引輕小物體的“靜電現象”。這是自由電荷在物體之間轉移后，所呈現的電性。此外絲綢或毛料摩擦時，產生的小火花，是電荷中和的效果。“雷電”則是大自然中，因為雲層累積的正負電荷劇烈中和，所產生的電光、雷聲、熱量。

靜電現象包括許多大自然例子，像塑膠袋與手之間的吸引、似乎是自發性的穀倉爆炸、在製造過程中電子元件的損毀、影印機的運作原理等等。當一個物體的表面接觸到其它表面時，電荷集結於這物體表面成為靜電。雖然電荷交換是因為兩個表面的接觸和分開而產生的，只有當其中一個表面的電阻很高時，電流變的很小，電荷交換的效應才會被注意到。因為，電荷會被入陷於那表面，在那裡度過很長一段時間，足夠讓這效應被觀察到的一段時間。

靜電現象是由電荷彼此相互作用的靜電力產生的。庫倫定律專門描述靜電力的物理性質。在氫原子內，電子與質子彼此相互作用的靜電力超大於萬有引力，靜電力的數量級大約是萬有引力的數量級的40倍。

人類對電的認識是從靜電開始的，很早就發現並認識了靜電現象。西漢末年的《春秋緯·考異郵》中就有“（玳）瑁吸芥”的記載。王充的《論衡·亂龍篇》中有進一步的記載：“頓牟（即玳瑁）掇芥，磁石引針，皆以其真是，不假他類。他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動也。”意思是在說，經過摩擦了的玳瑁（琥珀）能吸引芥籽，磁石能吸引鋼針，這是因為它們之間的“氣性”相同，能相互感動；其他看起來與芥籽、鋼針相似的東西，但因與玳瑁、磁石的“氣性”不同，所以不能相互感動。東晉的《山海經·圖贊》中，也有類似的記載，即“慈石吸鐵，玳瑁取芥，氣有潛感，數有冥會。”也把靜電和靜磁並列，同時認為是某種“數”在起作用。西晉時張華（232-300年）撰寫的《博物志》中有這樣的記載：“今人梳頭、脫著衣時，有隨梳、解結有光者，也有吒聲。”意思是說梳頭、穿脫衣服時，常發生摩擦起電，有時還能看到小火星和聽到微弱的響聲。古希臘是西方電磁學的發源地。在古希臘的文獻中記載了一些電磁現象。柏拉圖(前427—前347)曾提到“關於琥珀和磁石的吸引是觀察到的奇事”。表明公元前三百多年古希臘人就發現了琥珀吸引小物體的現象。琥珀是松柏類植物的樹脂流入地下后而成的化石，多為具有黃色光澤的透明固體，古希臘人習慣把琥珀當作高貴的裝飾品，經常帶在身上，這樣就容易發現它有吸引輕小物體的現象。2500年前左右，古希臘哲學家塔勒斯在研究天然磁石的磁性時發現用絲綢、法蘭絨摩擦琥珀之後也有類似於磁石能吸引輕小物體的性質。所以，塔勒斯成為有歷史記載的第一個靜電實驗者。

靜電的危害很多，它的第一種危害來源於帶電體的互相作用。在飛機機體與空氣、水氣、灰塵等微粒摩擦時會使飛機帶電，如果不採取措施，將會嚴重干擾飛機無線電設備的正常工作；在印刷廠里，紙頁之間的靜電會使紙頁粘合在一起，難以分開，給印刷帶來麻煩；在製藥廠里，由於靜電吸引塵埃，會使藥品達不到標準的純度；在放電視時熒屏表面的靜電容易吸附灰塵和油污，形成一層塵埃的薄膜，使圖像的清晰程度和亮度降低；就在混紡衣服上常見而又不易拍掉的灰塵，也是靜電搗的鬼。靜電的第二大危害，是有可能因靜電火花點燃某些易燃物體而發生爆炸。漆黑的夜晚，人們脫尼龍、毛料衣服時，會發出火花和“叭叭”的響聲，這對人體基本無害。但在手術台上，電火花會引起麻醉劑的爆炸，傷害醫生和病人；在煤礦，則會引起瓦斯爆炸，會導致工人死傷，礦井報廢。總之，靜電危害起因於用電力和靜電火花，靜電危害中最嚴重的靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。

人們常說，防患於未然，防止產生靜電的措施一般都是降低流速和流量，改造起電強烈的工藝環節，採用起電較少的設備材料等。最簡單又最可靠的辦法是用導線把設備接地，這樣可以把電荷引入大地，避免靜電積累。細心的乘客大概會發現；在飛機的兩側翼尖及飛機的尾部都裝有放電刷，飛機著陸時，為了防止乘客下飛機時被電擊，飛機起落架上大都使用特製的接地輪胎或接地線；以泄放掉飛機在空中所產生的靜電荷。我們還經常看到油罐車的尾部拖一條鐵鏈，這就是車的接地線。適當增加工作環境的濕度，讓電荷隨時放出，也可以有效地消除靜電。潮濕的天氣里不容易做好靜電試驗，就是這個道理。科研人員研究的抗靜電劑，則能很好地消除絕緣體內部的靜電。然而，任何事物都有兩面性。對於靜電這一隱蔽的搗蛋鬼。只要摸透了它的脾氣，揚長避短，也能讓它為人類服務。比如，靜電印花、靜電噴塗、靜電植絨、靜電除塵和靜電分選技術等，已在工業生產和生活中得到廣泛應用。靜電也開始在淡化海水，噴灑農藥、人工降雨、低溫冷凍等許多方面大顯身手，甚至在宇宙飛船上也安裝有靜電加料器等靜電裝置。

靜電的累積不可避免。靜電嚴重時會灼傷人的皮膚，各種電器電磁波和有害射線超量時會幹擾人的內分泌系統。隨著人民生活水平的提高，以及環保防護意識的增強，防靜電金屬布的應用範圍也日益擴大，防靜電金屬布的服裝如職業裝、工裝、防護服日見普及，防靜電金屬布也因此異軍突起，成為面料市場上的明星產品。

最新市場動態顯示，許多發達國家的防靜電布已經用於家紡用品領域，例如床上蓋的、鋪的、墊的都用上了防靜電金屬布。需求量十分龐大，訂單不斷。但是，生產廠家要有三個條件。第一，產品要達到進口商的指標要求。第二，后處理要過關。第三，要在寬幅織機上織造。以日本、歐洲的訂單居多。國內北方市場也有了一定銷量。毫無疑問，防靜電金屬布的市場前景十分廣闊。

工業危害

靜電產生在工業生產中是不可避免的，其造成的危害主要可歸結為以下兩種機理。其一是靜電放電（ESD）造成的危害，具體包括：1）引起電子設備的故障或誤動作，造成電磁干擾。2）擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降低生產成品率。3）高壓靜電放電造成電擊，危及人身安全。4）在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產場所極易引起爆炸和火災。

其二是靜電引力（ESA）造成的危害，具體包括：1）電子工業方面，吸附灰塵，造成集成電路和半導體元件的污染，大大降低成品率。2）膠片和塑料工業方面使膠片或薄膜收卷不齊；膠片、CD塑盤沾染灰塵，影響品質。3）造紙印刷工業方面，紙張收卷不齊，套印不準，吸污嚴重，甚至紙張黏結，影響生產。4）紡織工業方面，造成根絲飄動、纏花斷頭、紗線糾結等危害。

靜電的危害有目共睹，人們已經開始實施各種程度的防靜電措施和工程。但是，要認識到，完善有效的防靜電工程要依照不同企業和不同作業對象的實際情況，制定相應的對策。防靜電措施應是系統的、全面的，否則，可能會事倍功半，甚至造成破壞性的反作用。

對孕婦的危害

持久性的靜電可引起人體血液的pH值升高，尿中鈣排泄量增加，血鈣減少，對孕產婦的健康危害最大，靜電可致孕產婦體內孕激素水平下降，讓她們容易感到疲勞、煩躁和頭痛等，因此有必要適當防範。

對嬰幼兒的危害

首先，靜電會使人體血液的鹼性濃度升高，鈣質減少，這對於正處在生長發育期的嬰幼兒來說實在是大忌諱。還有，靜電吸附的大量塵埃中含有多種病毒、細菌與有害物質，它們會使寶寶的皮膚起斑發炎，抵抗力弱的寶寶甚至有可能引發氣管炎、哮喘和心律失常等等!

對人體的危害

長期處於開著的電視、電腦和微波爐等環境下，就常常可能有毛孔變大，皮膚乾燥、紅斑、皮膚瘙癢等癥狀。而天天操作電腦的辦公室白領臉部紅斑、色素沉著等面部疾病的發病概率遠遠高於不用電腦者，這是由於電腦屏幕所產生的靜電吸引了大量懸浮的灰塵，使面部受到刺激引起的。對於皮膚敏感的人更是如此。

臨床上，當某些人病危時，可能使用一種電擊的方式挽救病人生命，因為對心臟電擊能除顫。可見一定量的電流能起到救人的作用，但是正常的人並不需要電流。若是人體所帶的靜電在數千伏甚至萬伏，它會嚴重干擾以至改變人體內所固有的電位差，特別是影響到心臟的正常工作，有可能引起心率異常和心臟早搏。冬季有1/3的心血管疾病與靜電有關，查不出病因的心臟病人、神經衰弱的人十之八九是因為長期受靜電干擾所致。

乾燥產生的靜電對大腦會有影響，它會引起神經細胞膜電流傳導異常，影響人的中樞神經，使人感到疲勞、煩躁、失眠、頭痛。

日常生活中防靜電

● ● 出門前洗手，或者把手放牆上抹一下去除靜電。

● ● 為避免靜電擊打，可用鑰匙等小金屬器件、棉抹布等先觸碰大門、門把、水龍頭、椅背、床欄等消除靜電，再用手觸及。

● ● 穿全棉內衣，盡量不穿化纖衣服。

4.下車前，右手握檔，手指觸碰下面鐵的部位；開車門時，左手放在車門有鐵的位置，左手別松，然後把右手放掉，下車。這時候再用右手抓著門就不會被電到了。

5．採取“防”和“放”，對付靜電。“防”，盡量選用純棉製品作為衣物和家居飾物的面料，盡量避免使用化纖地毯和以塑料材質的傢具，以防止摩擦起電。遠離電視機、電腦、電冰箱等電器，以防止感應起電。“放”，增加濕度，使局部的靜電容易釋放。比如多洗手、洗臉，選用高保濕化妝品，用加濕器，室內飼養觀賞魚和水仙花等。

● ● 勤洗澡、勤換衣服，有效消除人體表面積聚的靜電。

7.長期在靜電場環境生活，體內靜電的積蓄會導致血液PH值偏鹼性，所以要適當增加含維生素C、A、E和酸性食物的攝取，如胡蘿蔔、捲心菜、西紅柿可以提高血液的酸度，維持人體正常的電解質平衡。

工業生產中防靜電

工業生產中，特別是電子生產加工和易燃易爆生產場所，靜電防護應該非常重視。嚴格執行ESD20.20、IEC 61340、SJT 10694、MT 520等國際國內行業標準，能夠有效防範靜電危害。

從標準角度來看，工業生產中防靜電主要工作包括：根據生產制定控制方案，人員培訓，基礎設施和防護產品，方案執行監管、設施和防護的檢驗監測。常見防護手段有：環境危險程度控制、工藝控制、接地、增加濕度、抗靜電添加劑、靜電中和器、使用防靜電器具、加強靜電安全管理等

最有效的措施是人體與大地相“連接”，即“接地”。因此，人要穿上防靜電鞋；如果經費充足，也可使用防靜電地墊或防靜電活動地板。值得一提的是，一些重要的工廠還要求現場人員穿戴防靜電服，佩戴防靜電有繩手腕帶，通過手腕帶接地線泄放人體靜電。

靜電學主要研究靜電應用技術，如靜電除塵、靜電複印、靜電生物效應等。更主要的是靜電防護技術，如電子工業、石油工業、兵器工業、紡織工業、橡膠工業以及興航與軍事領域的靜電危害，尋求減少靜電造成的損失。近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越複雜，靜電放電的電磁場效應如電磁干擾（EMI）及電磁兼容性（EMC）問題，已經成為一個迫切需要解決的問題。一方面，一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等製品的廣泛應用以及現代生產過程的高速化，使得靜電能積累到很高的程度；另一方面，靜電敏感材料的生產和使用, 如輕質油品，火藥, 固態電子器件等，工礦企業部門受靜電的危害也越來越突出，靜電危害造成了相當嚴重的後果和損失。它可以在不經意間將昂貴的電子器件擊穿，造成電子工業年損失達上百億美元。

在航空航天工業，靜電放電可能造成火箭和衛星發射失敗，干擾航天器的運行。1967年7月，美國Forrestal航空母艦上發生嚴重事故，一架A4飛機上的導彈突然點火，造成了7200萬美元的損失，並損傷了134人，調查結果是導彈屏蔽接頭不合格，靜電引起了點火。1969年底在不到一個月的時間內荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產生的靜電引起相繼發生爆炸。

近年來我國在石化企業曾發生30多起因靜電造成了嚴重火災爆炸事故。許多工業發達國家都建立了靜電研究機構，我國從60年代末開始開展了一些靜電研究工作，80年代開始以來，我國的靜電研究發展極為迅速。1981年成立了中國物理學會靜電專業委員會並召開了第一次全國靜電學術會議，全國性的和各地方的靜電學術會議不斷召開，靜電研究和應用的範圍也越來越廣，科研隊伍不斷壯大。

靜電工程學系指從十九世紀初到現在形成的以靜電學為基礎而研究靜電危害及其防護和靜電應用技術的專門科學。其主要研究內容有靜電應用技術如靜電除塵、靜電複印、靜電生物效應等以及靜電防護技術如電子工業、石油工業、兵器工業、紡織工業、橡膠工業以及航天與軍事領域等防靜電危害問題。

靜電有危害，同時也可以為人類所用。利用靜電，可以開展靜電除塵、靜電噴塗、靜電植絨、靜電複印、凈化空氣等。高壓靜電還能對白酒生產、酸醋和醬油的陳化有促進作用。陳化后的白酒、酸醋和醬油的品味會更純正。部分白酒、酸醋和醬油用高壓靜電促進陳化。

靜電是在生產、生活中普遍存在的一種自然現象。早在20世紀50年代初，歐美各國已經開始在半導體器件生產中加以防範，我國在60年代末期才開始注意，80年代初真正用在半導體器件生產中，目前隨著現代電子信息產業的迅速發展，使微電子技術的發展突飛猛進，大規模集成電路和超大規模集成電路被廣泛的應用在航天、航空、計算機、程式控制交換機遙控技術領域。因此我國在改革開放，尤其是在90年代初期，對防靜電技術的要求，提出了更高的要求。經過近十年的努力工作，使人們對靜電在微電子領域中的危害有了一定的認識。

由於微電子器件中集成度越來越高刻線寬度越來越窄，因此，在生產過程中每一道工序都要防止靜電放電造成的擊穿而造成大量報廢，美國每年因靜電放電致使半導體器件的損失達100億美元，英國達20億美元，日本的微電子產品報廢損失中有70%是因靜電放電造成的，更可怕的是有些超大規模集成電路在出廠時已被部分傷擊傷，但未完全斷開，當裝在航天器上則可能造成不可挽回的事故，即便是在地面上，在計算機房、程式控制交換機房、航空航天指揮中心，由於靜電放電的干擾，也會造成失真、噪音、失控、亂碼等危害，這是在微電子應用領域中非常嚴重的問題。

值得慶幸的是，隨著對靜電的危害的認識不斷提高，我國的防靜電產品也形成了一個完整的體系，僅生產鋼地板的廠家已有十多個，年需要量是均幾百萬平方米，每年防靜電產品銷售額達到15～17億元，而且部份產品打入國際市場，增長速度在10%以上。

目前市面上專業生產的防靜電產品和電子輔助產品有：離子風機、離子風槍、離子風棒、離子風嘴、離子風蛇、靜電除塵機、板面除塵機等，廣泛應用於精密電子產品生產、電子組裝線、微電子生產、光電、醫藥製造組裝線、印刷、包裝、細小產品成型、塑料薄膜的剪切、圓圈和覆膜，以及模具產品的脫模等。

靜電感應是一種導體因受外電場的影響而在表面不同的部分出現正負電荷的現象。一般在其附近帶電體的電場作用下，導體中的自由電子進行重新分佈，直至導體內的電場的強度減小到零為止。結果靠近帶電體的一端出現與它異號的電荷，另一端出現與它同號的電荷。當發生靜電感應時，由靜電感應所得的感應電荷，必為同時產生，且正、負電量相等。當帶電體被移開時，導體上的電荷將恢復原來不帶電的狀態。

設備漏電，尤其是不會對人造成觸電傷害的微小漏電並不屬於靜電。雖然大多數情況下人們幾乎感覺不到，但由於其普遍性（任何電器設備多少總有些漏電）和高內阻的特點，產生最高近似於電源電壓(100~400V)，時間很短的尖峰電脈衝，仍足以對靜電敏感器件造成電氣過載(EOS)損害，所以也是靜電防護體系中極為重要的一個方面。

靜電放電(ESD)及電氣過載(EOS)對電子元器件造成損害的主要機理有：熱二次擊穿、金屬鍍層熔融、介質擊穿、氣弧放電、表面擊穿、體擊穿等。

靜電放電(ESD)及電氣過載(EOS)具有特殊性。一是靜電的產生和積累要一定的條件和過程，所以未加保護也不見得件件產品都會受到ESD/EOS傷害，有一定的偶然性；二是由於多數情況下ESD/EOS能量都較小，所以受到ESD/EOS傷害的也並不表現為立即報廢，有些僅表現為漏電增加，工作不穩定，甚至在出廠測試中一時表現不明顯，以後發現問題易歸咎為材料不良或設計不良而不自省。

靜電測試標準分為器件級和系統級。器件級ESD又分為HBM、MM、CDM三級。其中，HBM的相關規範包括MIL-STD-833H Method 3015.8（美國軍標）、JS-001-2012（ESDA-JEDEC發布的聯合規範）和AEC-Q100（汽車電子協會）。CDM相關規範包括STM5.3.1-2009（美國靜電協會）和JEDEC EIA/JESD22-C101-E（電子工程協會），不過上述兩個標準現在已經被JS-002-2014（ESDA和JEDEC發布的聯合標準）所取代。汽車行業的CDM測試規範為AEC-Q100-011-B。MM目前已棄用。

在國際電工委員會的IEC 61000-4-2 Electromagnetic compatibility (EMC)第四部分第二節、EMC Publication（電磁兼容性（EMC）第4部分第2節：靜電放電抗擾度試驗、以及我國國家標準GB/T 17626.2《電磁兼容試驗和測試技術靜電放電抗擾度試驗》IEC 61000-4-2和GB/T 17626.2中，規定要求的最高試驗電壓是接觸放電8kV，空氣放電15kV。