TĨNH ĐIỆN TRÊN BỀ MẶT LÀ GÌ
Tĩnh điện là sự tích tụ điện tích trên bề mặt của một vật thể, là kết quả của các điện tích dương và âm không bằng nhau giữa hai vật thể.
Rõ hơn, tĩnh điện được hiểu là hiện tượng mất cân bằng giữa điện tích dương và điện tích âm trên bề mặt/hoặc bên trong của một vật liệu xảy ra khi các electron (hạt mang điện tích âm trong nguyên tử) di chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác. Nếu vật liệu nhận điện bị cô lập hoặc không phải là chất dẫn điện, thì nó có xu hướng giữ các điện tử, dẫn đến sự tích tụ điện tích.
Vì điện tích này không chuyển động nên nó được gọi là tĩnh điện. Khi các điều kiện cho phép điện tích tích tụ chảy, điện tích dư thừa sẽ được giải phóng và nó trở thành dòng điện.
NGUYÊN NHÂN TĨNH ĐIỆN
Vật chất được cấu thành từ các nguyên tử trung hòa về điện tích vì chúng chứa số lượng bằng nhau về điện tích dương (proton trong hạt nhân) và điện tích âm (điện tử trong vỏ). Hiện tượng tĩnh điện yêu cầu sự tách rời các điện tích dương và âm này. Khi hai vật liệu tiếp xúc nhau, điện tích âm sẽ di chuyển từ vật này sang vật kia, gây ra sự dư thừa điện tích dương trên một vật liệu, và sự thừa điện tích âm ở bên còn lại. Khi nhiều electron di chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác – do sự tiếp xúc lặp đi lặp lại giữa chúng – các điện tích âm bổ sung sẽ tích tụ trong một quá trình được gọi là hiệu ứng điện ma sát. Khi các vật liệu được tách ra, sự mất cân bằng điện tích này vẫn được duy trì.
ẢNH HƯỞNG CỦA TĨNH ĐIỆN
Những ảnh hưởng của tĩnh điện rất quen thuộc với cuộc sống thường ngày vì hầu hết mọi người đều có thể cảm thấy, nghe thấy và nhìn thấy các tia lửa điện khi một điện tích thừa bị trung hòa khi ở gần một vật dẫn lớn (ví dụ như dây nối xuống đất).
-
Sự phóng điện (ESD – Electrostatic Discharge)
Ví dụ điển hình dễ thấy của sự phóng điện này là hiện tượng sét trong tự nhiên. Tĩnh điện sẽ tìm cách “phóng”, “xả” điện tích nhằm trở lại trạng thái trung hòa. Khi các bạn thấy bị giật bởi tay nắm cửa, thì thực chất là có 1 sự phóng tĩnh điện từ tay của bạn vào tay nắm cửa. Mức phóng tĩnh điện trên 3000V, sẽ đủ để bạn thấy “giật”. Với mức trên 5000V, bạn có thể nghe thấy âm thanh, và với mức trên 10,000V, bạn có thể nhìn thấy tia phóng (như sét).
Có những trường hợp sự phóng điện đủ lớn, xảy ra trong môi trường có nhiều hơi dung môi cháy nổ (xăng, gas,…) có thể làm phát sinh ngọn lửa gây hỏa hoạn.
-
Sự bám hút (ESA – Electrostatic Attraction)
Tĩnh điện trên bề mặt của vật thể, khi lớn đến mức độ thích hợp (khoảng 2000V) sẽ tạo ra trường tĩnh điện, trường này sẽ gây ra sự phân cực đối với các vật thể lọt vào trường tĩnh điện. Lực hút tĩnh điện, hay lực Coulomb, sẽ hút các vật thể này vào bề mặt của vật mang tĩnh điện (với điều kiện lực này thắng được các lực khác đang đặt lên vật thể đó, ví dụ như trọng lực).
TÁC HẠI CỦA TĨNH ĐIỆN
-
Đối với con người
Các vật thể bị nhiễm tĩnh điện lớn sẽ tạo ra một điện trường cực mạnh ở môi trường xung quanh. Điện trường này có tác hại về lâu dài với sức khỏe con người, trong đó, ảnh hưởng nhiều nhất là hệ thần kinh, hệ sinh dục, hệ tuần hoàn. Đặc biệt phóng tĩnh điện có khả năng giật người thao tác, gây ra tai nạn lao động.
Trong một số trường hợp khi trời lạnh, quần áo, vật dụng trong gia đình bị tích điện. Điều này sẽ gây phóng điện mỗi khi tiếp xúc với cơ thể gây khó chịu, thậm chí đau nhức.
-
Trong sản xuất
Tĩnh điện có hai dạng tác hại cơ bản:
Thứ nhất là sự phóng điện (ESD) gây hỏng hóc, trục trặc, suy giảm chất lượng các phần tử điện tử, các cụm (như bản mạch), hay cả 1 thiết bị hoàn chỉnh. Cách thức gây hại thông thường là thông qua dòng điện, hoặc thông qua các sóng điện từ trường sinh ra trong quá trình phóng.
Thứ hai là bám hút tĩnh điện (ESA). Trong không khí có rất nhiều bụi, mà mắt thường có thể không nhìn thấy được. Một hạt bụi có cỡ 1 micro-met đủ sức gây chập hỏng 1 mạch bán dẫn. Hiện tượng bám hút bụi do tĩnh điện này ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của các quá trình sản xuất cần sạch bề mặt như: In ấn, lắp ráp quang học, đóng gói thực phẩm, dược phẩm, tráng phủ, sơn, xi mạ, bán dẫn,…
Vì vậy, việc chống tĩnh điện, khử tĩnh điện trên vật dụng là cực kỳ quan trọng. Đặc biệt là trong các ngành công nghiệp làm việc liên quan đến các linh kiện điện tử, máy móc thiết bị,…
KHỬ TĨNH ĐIỆN, GIẢI QUYẾT CÁC VẤN ĐỀ TĨNH ĐIỆN
Khử tĩnh điện/chống tĩnh điện – Antistatic là việc chúng ta sử dụng các vật liệu dẫn điện có điện trở cho phép trong khoảng từ 10^4 Ω đến 10^9 Ω nhằm giúp làm tiêu tán đi các điện tích được sinh ra. Hoặc nó có thể đưa điện tích đó xuống đất để tránh được các hiện tượng như chập, cháy nổ gây nguy hiểm cho tính mạng con người và quá trình sản xuất. Các chất liệu khác nhau sẽ có những giải pháp khác nhau:
- Đối với các chất liệu dẫn điện thì phương pháp thường gặp nhất là nối đất trực tiếp.
- Đối với những chất liệu không dẫn tĩnh điện như vật liệu tự nhiên, hỗn hợp thì chỉ có một giải pháp duy nhất là dùng ionizer SMC. Đây là phương pháp tạo ra các ion trung hoà những vùng bị tĩnh điện, nếu không được trung hòa bởi những điện tích tự do, tĩnh điện mất đi rất chậm.
- Những vật liệu cách điện cho phép những nhóm điện tích âm và điện tích dương hình thành. Khi những điện tích không thể di chuyển trên bề mặt của vật liệu này, việc nối đất không thể loại bỏ những điện tích này. Sự ion hóa là phương tiện duy nhất để loại bỏ tĩnh điện ở những vật liệu cách điện. Sự ion hoá các điện tử tự do trong không khí bằng phương pháp phân cực điện áp cao tạo ra liên tục luồng điện tích âm và điện tích dương. Những điện tích này sẽ kết hợp với những điện tích trái dấu trên bề mặt của vật liệu do đó triệt tiêu được tĩnh điện trên bề mặt cách điện. Sử dụng các thiết bị chống tĩnh điện có thể khử được các ion bằng cách trung hoà chúng. Một số thiết bị chống tĩnh điện thông dụng là: thanh khử tĩnh điện, vòi phun chống tĩnh điện, súng chống tĩnh điện, dao khí, quạt thổi ion, bộ nạp tĩnh điện, vòng tay tĩnh điện, dây nối đất… (antistatic bar, ionizing nozzle, ionizing gun, air knife, ionizing blower, charging, wrist trap…).
