Sạc tĩnh điện

Sạc tĩnh điện là hiện tượng khi điện tích không cân bằng xuất hiện trên bề mặt vật liệu, và chúng sẽ tồn tại cho đến khi được truyền đi hoặc phóng điện. Thuật ngữ 'tĩnh' nhấn mạnh sự khác biệt so với dòng điện, mà điện di chuyển qua vật dẫn và mang theo năng lượng.

Điện tích tĩnh điện hình thành khi hai bề mặt tiếp xúc rồi tách ra, với ít nhất một bề mặt có điện trở suất cao (tức là cản trở dòng điện hoặc cách điện).

Tác động của tĩnh điện rất quen thuộc trong đời sống hàng ngày, vì mọi người thường cảm nhận, nghe thấy và nhìn thấy các tia lửa điện khi một điện tích dư thừa bị trung hòa khi gần một vật dẫn lớn (như dây nối đất).

Nguyên nhân

Vật chất bao gồm các nguyên tử có điện tích cân bằng, với số lượng proton (điện tích dương) và điện tử (điện tích âm) bằng nhau. Hiện tượng tĩnh điện yêu cầu sự tách biệt giữa các điện tích dương và âm. Khi hai vật liệu tiếp xúc, điện tử di chuyển từ vật này sang vật kia, tạo ra sự thừa điện tích dương trên một vật liệu và sự thừa điện tích âm trên vật liệu còn lại. Khi các vật liệu được tách ra, sự mất cân bằng điện tích này vẫn được duy trì.

Ứng dụng

Tĩnh điện được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như in ấn xerography, lọc không khí (đặc biệt là trong các bộ lọc bụi tĩnh điện), phun sơn, và thử nghiệm bột.

Chống tĩnh điện

Sự phóng điện tĩnh (ESD – Electrostatic Discharge)

Tương tự như hiện tượng sét trong thiên nhiên, tĩnh điện tìm cách 'giải phóng' để trở về trạng thái cân bằng. Khi bạn cảm thấy bị giật khi chạm vào tay nắm cửa, đó là do sự phóng tĩnh điện từ tay bạn vào tay nắm cửa. Với mức phóng tĩnh điện trên 3000V, bạn sẽ cảm thấy 'giật'. Nếu mức phóng trên 5000V, bạn có thể nghe thấy âm thanh, và nếu trên 10,000V, bạn có thể thấy tia phóng (giống như sét). Trong những trường hợp phóng tĩnh điện rất mạnh, xảy ra trong môi trường có nhiều hơi dung môi dễ cháy (như xăng, gas,...) có thể gây ra hỏa hoạn.

Hiện tượng bám hút (ESA – Electrostatic Attraction)

Khi điện tích tĩnh trên bề mặt vật thể đạt ngưỡng đủ cao (khoảng 2000 volt), nó sẽ tạo ra một trường tĩnh điện. Trường này có khả năng gây phân cực cho các vật thể đi vào khu vực điện trường. Lực hút tĩnh điện, hay còn gọi là lực Coulomb, sẽ kéo các vật thể về phía bề mặt vật có điện tích tĩnh, miễn là lực này mạnh hơn các lực khác đang tác động lên vật thể đó, như trọng lực chẳng hạn.

Những ảnh hưởng tiêu cực

Đối với con người

Các vật thể bị nhiễm điện tích tĩnh mạnh có thể tạo ra một điện trường rất mạnh xung quanh. Trong dài hạn, điện trường này có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, đặc biệt là lên hệ thần kinh, hệ sinh dục và hệ tuần hoàn. Hơn nữa, việc phóng điện tĩnh có thể gây giật người thao tác, dẫn đến nguy cơ tai nạn lao động.[cần dẫn nguồn]

Trong quy trình sản xuất

Có hai dạng tác hại chính. Đầu tiên là hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD), có thể gây ra hỏng hóc, trục trặc hoặc giảm chất lượng của các linh kiện điện tử, cụm bản mạch, hoặc thậm chí toàn bộ thiết bị. Tác hại xảy ra chủ yếu qua dòng điện hoặc sóng điện từ phát sinh trong quá trình phóng. Thứ hai là hiện tượng bám hút tĩnh điện (ESA). Trong không khí có nhiều bụi nhỏ không thấy bằng mắt thường. Một hạt bụi chỉ cần cỡ 1 micro-met có thể gây chập hỏng mạch bán dẫn khi khoảng cách giữa các điểm chỉ tính bằng vài chục nano-met (2015). Hiện tượng bám hút bụi do tĩnh điện ảnh hưởng lớn đến chất lượng các quy trình sản xuất yêu cầu bề mặt sạch, như in ấn, lắp ráp quang học, đóng gói thực phẩm, dược phẩm, tráng phủ, sơn, xi mạ, và bán dẫn.

Khắc phục vấn đề tĩnh điện

Các chất liệu khác nhau cần các giải pháp khác nhau. Đối với vật liệu dẫn điện, phương pháp phổ biến là nối đất trực tiếp.

Đối với vật liệu không dẫn tĩnh điện như các vật liệu tự nhiên hoặc hỗn hợp, giải pháp duy nhất là sử dụng ionizer SMC. Phương pháp này tạo ra các ion để trung hòa các vùng bị tĩnh điện. Nếu không được trung hòa, tĩnh điện sẽ mất đi rất chậm. Các vật liệu cách điện cho phép hình thành các nhóm điện tích âm và dương. Khi các điện tích không thể di chuyển trên bề mặt vật liệu, nối đất không thể loại bỏ chúng. Ion hóa là phương pháp duy nhất để loại bỏ tĩnh điện trên các vật liệu cách điện. Việc ion hóa các điện tử tự do trong không khí bằng cách phân cực điện áp cao liên tục tạo ra luồng điện tích âm và dương. Những điện tích này sẽ kết hợp với các điện tích trái dấu trên bề mặt vật liệu, từ đó triệt tiêu tĩnh điện trên bề mặt cách điện.

Các thiết bị chống tĩnh điện có khả năng trung hòa các ion bằng cách loại bỏ chúng. Một số thiết bị phổ biến bao gồm: thanh khử tĩnh điện, vòi phun ion, súng ion, dao khí, quạt thổi ion, bộ nạp tĩnh điện, vòng tay chống tĩnh điện, và dây nối đất... (antistatic bar, ionizing nozzle, ionizing gun, air knife, ionizing blower, charging, wrist strap...).

Các sản phẩm và linh kiện điện tử rất dễ bị hư hại do tĩnh điện. Để bảo vệ chúng, người ta thường sử dụng các loại túi chống tĩnh điện.

Để chống tĩnh điện cho hệ thống máy in, người ta lắp đặt các thanh khử tĩnh điện ở những vị trí chiến lược để trung hòa các ion phát sinh từ giấy trong quá trình cọ xát, xả cuộn, và sấy khô.

Trong quá trình sơn, để chống tĩnh điện, người ta sử dụng quạt ion hoặc thanh khử tĩnh điện đặt gần khu vực phun sơn. Những thiết bị này giúp loại bỏ ion trong các hạt sơn, đảm bảo các hạt sơn bám chắc vào bề mặt cần sơn, từ đó tạo ra lớp sơn mịn màng và đẹp mắt hơn.

Ngoài những ứng dụng trên, còn nhiều cách khác mà dụng cụ chống tĩnh điện có thể được sử dụng để giảm thiểu thiệt hại do tĩnh điện trong sản xuất và đời sống hàng ngày của con người.[cần dẫn nguồn]