1.靜電基礎(chǔ)知識(shí)課件

武占成博士、教授、博士生導(dǎo)師軍械工程學(xué)院靜電與電磁防護(hù)研究所石家莊市和平西路97號(hào)，0500030311－87994357130910216231靜電基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)第一講2一、靜電什么是靜電？靜電是物體表面正負(fù)電荷發(fā)生分離的一種物理現(xiàn)象。原因：摩擦、剝離、感應(yīng)...機(jī)理：物質(zhì)因失去或得到電子而帶電。3Whenmaterialsareincontact4Whenmaterialsareincontact5物體緊密接觸時(shí)，共享表面電子。.Whenmaterialsareincontact6Whenmaterialsareincontact由于兩種物質(zhì)的原子核吸引電子的能力不同，一種物質(zhì)得到電子，另一種物質(zhì)失去電子。7Itispossibleforelectronstobe“stolen”fromonematerialbynucleiintheothermaterial,becausetheyhaveastrongerforceWhenmaterialsareincontact但此時(shí)，總體上保持平衡，不顯電性。.8Whenthematerialsareseparated9分離時(shí)，得到電子的物體帶負(fù)電，

失去電子的物體帶正電。.WhenthematerialsareseparatedElectrons“l(fā)ost”Electrons“gained”10WhenthematerialsareseparatedElectrons“l(fā)ost”Electrons“gained”所有接觸－分離的物體間均會(huì)發(fā)生上述過(guò)程。對(duì)于絕緣體，電荷保持在原處。而對(duì)于導(dǎo)體，電荷轉(zhuǎn)移到整個(gè)物體。對(duì)于接地導(dǎo)體，電荷泄漏到大地。11影響靜電起電的因素材料本身的起電性能接觸的緊密程度、壓力摩擦的速度環(huán)境溫度環(huán)境濕度

12靜電帶電序列13石棉醋酸酯玻璃人發(fā)尼龍羊毛毛皮鉛絲綢鋁紙聚氨酯棉花木材鋼封臘硬橡膠聚酯薄膜環(huán)養(yǎng)玻璃銅、鎳銀黃銅、不銹鋼合成橡膠聚丙烯樹(shù)脂聚苯乙烯塑料聚氨酯塑料聚酯薩冉樹(shù)脂聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯硅橡膠靜電帶電序列（IEEEStd.C62.47）＋－14注意：同種物質(zhì)摩擦也會(huì)由于其表面光滑程度不同、紋理差異、或溫度不同而帶電！15感應(yīng)起電16常見(jiàn)靜電產(chǎn)生源地板：尤其是塑料地板或地毯椅子：木質(zhì)、塑料、或化學(xué)材質(zhì)衣服：尼龍及一般布料工作臺(tái)面：磨光、油漆及上蠟其它：塑料墊、文件夾等任何可能產(chǎn)生磨擦的地方物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦或接觸分離產(chǎn)生靜電17可能產(chǎn)生靜電的電位1819Whenyoutakeoffyourwoolhat,itrubsagainstyourhair.Electronsmovefromyourhairtothehat.Noweachofthehairshasthesamepositivecharge.Remember,thingswiththesamechargerepeleachother.Sothehairstrytogetasfarfromeachotheraspossible.Thefarthesttheycangetisbystandingupandawayfromtheothers.博物館里常見(jiàn)的“怒發(fā)沖冠”試驗(yàn)

20靜電放電（ESD)靜電場(chǎng)引起的靜電荷的快速瞬態(tài)轉(zhuǎn)移通常條件下，具有不同靜電電位的物體接近時(shí)，強(qiáng)靜電場(chǎng)使物體間空氣或介質(zhì)擊穿，形成放電火花。2122閃電也是一種靜電放電現(xiàn)象

23冬天時(shí)，因?yàn)樽邉?dòng)和地板摩擦，使身體帶上靜電，所以…這時(shí)如果空氣中彌漫著汽油蒸氣，可能會(huì)引發(fā)爆炸日常生活中的靜電現(xiàn)象24LikeGerms,ESDIsTheHiddenEnemy

ControlGerms

Weareawareofsterilizationinmedicine

WeshoulddevelopthesameattitudeaboutESD

ControlESD25康熙字典：陰陽(yáng)激耀，從雨從申。西周青銅器上的電字三、靜電發(fā)展簡(jiǎn)史26中國(guó)古代對(duì)靜電現(xiàn)象的觀測(cè)記載漢代：《論衡》中有“頓牟掇芥”。南朝：陶弘景“惟以手心摩熱拾芥為真”;《炮炙論》中有“琥珀如血色，以布拭熱，吸得芥子者真也”,以此作為識(shí)別真假琥珀的標(biāo)準(zhǔn)。西晉：張華《博物志》“今人梳頭、脫著衣時(shí)，有隨梳、解結(jié)有光者，亦有咤聲”。唐代：段成式“貓黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。宋代：張邦基《墨莊漫錄》記載：“皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟（避）穢。過(guò)則以翠羽掃之，皆聚，無(wú)有遺者”。摩擦起電27古代兵器多為長(zhǎng)矛、劍、戟，而矛、戟鋒刃尖利，常常可導(dǎo)致尖端放電發(fā)生，因這一現(xiàn)象多有記述。如《漢書(shū)西域記》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”；晉代《搜神記》中也有相同記述："戟鋒皆有火光，遙望如懸燭"。

電暈放電

中國(guó)古代對(duì)靜電現(xiàn)象的觀測(cè)記載28氣球?yàn)槭裁磿?huì)粘在墻上?靜電感應(yīng)起電

29王充在《論衡·雷虛篇》中寫(xiě)道：“蛟龍見(jiàn)而云雨至，云雨至則雷電擊"，明確地提出云與雷電之間的關(guān)系。

《淮南子·墜形訓(xùn)》認(rèn)為：“陰陽(yáng)相薄為雷，激揚(yáng)為電”，即雷電是陰陽(yáng)兩氣對(duì)立的產(chǎn)物。

中國(guó)古代對(duì)電本質(zhì)的認(rèn)識(shí)明代劉基（1311～1375）說(shuō)得更為明確：“雷者，天氣之郁而激而發(fā)也。陽(yáng)氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電，猶火之出炮也，而物之當(dāng)之者，柔為穿，剛皆碎?！?。可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)己有人認(rèn)識(shí)到雷電是同一自然現(xiàn)象的不同表現(xiàn)。30西方對(duì)靜電的認(rèn)識(shí)過(guò)程公元前600年左右，古希臘哲學(xué)家Thales

(塔勒斯)

發(fā)現(xiàn)用絲綢摩擦琥珀之后有類(lèi)似于磁石能吸引輕小物體的性質(zhì)。Thales

成為有歷史記載的第一個(gè)靜電實(shí)驗(yàn)者。古希臘語(yǔ)

hlector

（發(fā)音為elector）起初指太陽(yáng)，后用于描述琥珀，因其如陽(yáng)光般的色彩，現(xiàn)代英語(yǔ)中的電（electricity）即源于該詞。Electricity31但直到16世紀(jì)，除了偶爾發(fā)現(xiàn)埃爾摩(Elmo)火外,對(duì)靜電別無(wú)其他記載。埃爾摩火是發(fā)生在船桅桿上或其附近的發(fā)光現(xiàn)象。在航行于地中海上的水手中間長(zhǎng)久流傳著一個(gè)“神火”的故事，他們?cè)诒┯陮?lái)臨的危急時(shí)刻，多次地發(fā)現(xiàn)在桅桿尖上有一種不祥的火光，開(kāi)始時(shí)水手們把它看做末日的來(lái)臨。但當(dāng)他們多次平安脫險(xiǎn)后，這火光反而變成了安慰的源泉。水手們把它命名為圣.埃爾摩火，用來(lái)象征他們所信仰的圣徒埃爾摩的保護(hù)。

32WilliamGilbert(電學(xué)之父)

1540–1603英女王伊麗莎白一世的御醫(yī)；

首次明確指出地球是有磁性的；首次區(qū)分了電與磁；

發(fā)明了驗(yàn)電器。33十七、十八世紀(jì)的摩擦起電實(shí)驗(yàn)1660年德國(guó)人Guericke（格里凱)發(fā)現(xiàn)了同性相斥的現(xiàn)象，發(fā)明了摩擦靜電起電機(jī)，能在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生火花放電。1720年英國(guó)人StephenGray（格雷)發(fā)現(xiàn)絲綢、干木材、毛發(fā)經(jīng)摩擦也能起電。

341733年

DuFay(杜菲）發(fā)現(xiàn)兩類(lèi)不同性質(zhì)的電，一種稱(chēng)為玻璃電，發(fā)生在玻璃、水晶、寶石、動(dòng)物毛發(fā)等；另一種稱(chēng)為琥珀電，發(fā)生在琥珀、樹(shù)脂、絲、線、紙等。Musschenbroek（馬森布羅克）于1745年發(fā)明Leydenjar(萊頓瓶)。1775年，意大利物理學(xué)家AlessandroVolta（伏特）發(fā)明了靜電感應(yīng)起電盤(pán)，他利用靜電感應(yīng)起電盤(pán)能使導(dǎo)體產(chǎn)生電壓很高的靜電。

萊頓瓶（原始電容器）35富蘭克林

BenjaminFranklin(1706-1790)

美國(guó)科學(xué)家、發(fā)明家、政治家和社會(huì)慈善家首先定義電荷的正負(fù)極性改進(jìn)了萊頓瓶，獲得強(qiáng)烈火花放電提出了單流體學(xué)說(shuō)提出電荷守恒原理首先用風(fēng)箏將天電引到地面1752年發(fā)明了避雷針3637法拉第(MichaelFaraday，1791-1867）是一位偉大的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家。他的研究覆蓋了許多領(lǐng)域如化學(xué)、物理和電磁。引入了帶電體周?chē)娏€的概念。他的一個(gè)很有意義的實(shí)驗(yàn)是法拉第籠實(shí)驗(yàn)。英國(guó)人普利斯特利（Priestley,1737-1804）最早提出電荷之間的作用力與它們之間的距離的平方成反比。1772年英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許（Cavendish，1731-1810）遵循普利斯特利的思想以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電力平方反比定律。38CharlesAugustindeCoulomb(庫(kù)侖，1736-1806)試驗(yàn)證明：兩電荷之間的作用力與它們的電量乘積成正比，與距離的平方成反比，使電學(xué)研究進(jìn)入定量研究階段。39電子的發(fā)現(xiàn)為解釋物質(zhì)帶電的機(jī)理，19世紀(jì)的一些科學(xué)家堅(jiān)信一定存在某些帶電的基本單元

，1890愛(ài)爾蘭物理學(xué)家GeorgeStoney把這種物質(zhì)稱(chēng)為電子。

40

Thomson試驗(yàn)證實(shí)陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成的，而粒子遠(yuǎn)小于原子。他認(rèn)為所有的原子都含有這種粒子，這就是電子。電子質(zhì)量=9.11×10-31kg電子電量=-1.60×10-19

C41四、靜電危害

靜電作為一種近場(chǎng)自然危害源，給人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)造成了重大損失和危害。1969年底在不到一個(gè)月的時(shí)間里，由于靜電放電（ESD）引發(fā)荷蘭、挪威、英國(guó)三艘20萬(wàn)噸超級(jí)油輪洗艙時(shí)相繼發(fā)生爆炸；靜電放電曾使國(guó)際通訊衛(wèi)星II－F1～I(xiàn)V－F8及美國(guó)的阿尼克、歐洲航天局的航海通訊衛(wèi)星等數(shù)十顆衛(wèi)星發(fā)生故障，不能正常飛行；第一個(gè)阿波羅載人宇宙飛船也是由于靜電放電導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸，使三名宇航員喪生。

42工業(yè)發(fā)展的高速發(fā)展以及高分子材料的迅速推廣應(yīng)用，一些電阻率很高的高分子材料如塑料，橡膠等的制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程的高速化，使得靜電能積蓄到很高的程度。另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用，如輕質(zhì)油品，火藥，固態(tài)電子器件等，工礦企業(yè)部門(mén)受到靜電的危害也越來(lái)越突出，靜電危害造成了相當(dāng)嚴(yán)重的后果和損失。四、靜電危害43我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)中后期，石化企業(yè)曾發(fā)生30多起較大的靜電事故，如上海某石化公司的2000m3甲苯罐、山東齊魯某公司的膠渣罐、撫順某石化公司的航煤罐以及天津某公司的北倉(cāng)二罐站等都因靜電造成了嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故。據(jù)報(bào)道，日本國(guó)曾統(tǒng)計(jì)，不合格的電子器件中有45％是靜電放電危害造成。在電子工業(yè)領(lǐng)域，全球每年因靜電造成的損失高達(dá)百億美元。

四、靜電危害44靜電放電對(duì)電子設(shè)備的影響

45靜電放電對(duì)電子器件的損傷

46吸塵（縮短壽命）放電破壞（完全破壞）放電產(chǎn)生熱（潛在損壞）放電產(chǎn)生電磁場(chǎng)（電磁干擾）靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的四種形式47靜電對(duì)電子產(chǎn)品損害的四個(gè)特點(diǎn)隱蔽性：人體感知的靜電放電電壓2-3KV。潛在性：損傷后性能沒(méi)有明顯的下降。隨機(jī)性：從一個(gè)元件產(chǎn)生以后，一直到它損壞以前的所有過(guò)程。復(fù)雜性：分析困難，掩蓋了失效的真正原因。48電子工業(yè)產(chǎn)生靜電危害工序元件制造過(guò)程：切割、連線、檢驗(yàn)印刷電路版生產(chǎn)過(guò)程：儲(chǔ)存、裝配設(shè)備使用過(guò)程：安裝、試驗(yàn)設(shè)備維修過(guò)程：拆卸、檢驗(yàn)從元件的制造、使用到維修的任一環(huán)節(jié)，靜電已成為電子工業(yè)的隱形的致命殺手！49近幾年，隨著微納米器件和微細(xì)加工的發(fā)展，對(duì)靜電防護(hù)問(wèn)題提出了更高的要求。為此，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視靜電危害及其防護(hù)研究。靜電放電形成的寬頻帶電磁輻射會(huì)對(duì)各種電子系統(tǒng)造