解决橡胶静电问题的廉价方案

解决橡胶静电问题的廉价方案

孩子们可以尽情享受静电带来的乐趣。当他们把气球放在头上摩擦的时候，头发会粘到气球上，这是因为当带电粒子从一个物体传递到另一个物体之后，两种带相反电荷的物体之间产生了吸引力。但在工业上，这可不是什么好玩的事。例如，在汽车的塑料燃油过滤器中或半导体部件内部，静电累积可能引发危险的火花放电，或导致灰尘积聚，损坏电器电路。美国西北大学的Bartosz Grzybowski研究团队目前找到一种廉价和可靠的解决办法。他们惊奇发现，只要在塑料或橡胶等高分子聚合物表面涂上一层抗氧化物（例如维生素E），就能防止静电积聚。

Bartosz Grzybowski介绍说，静电的神秘之处在于，尽管绝缘体表面积聚的同性带电粒子之间会互相排斥，这种排斥力使它们均匀分布在物体表面并引发漏电，但电荷仍然能够稳定地大量积聚。因此，静电能够积累足够的量，在导电途径出现时瞬间放电，例如闪电穿过人体击中金属栏杆，或在空气中产生微型球形闪电一般的小火花。

该研究团队最近发表在《科学》杂志上的文章揭开了这个谜。研究人员在显微镜下研究了带电粒子在高分子材料表面累积时电场和磁场的分布情况。他们发现，自由基的存在能使电荷稳定。自由基是一种带有多余的自由电荷，由分子在某个面上的化学键断裂形成性质活泼的分子。自由基吸附了一些电荷，如果没有自由基，电荷就无法紧密排布。研究团队表示，只要把一层能够和自由基发生反应的涂层覆盖在表面，消除这些自由基，就能防止静电积聚。其中一种廉价无毒的抗氧化物涂层就是维生素E。实际上，一些这样的化学品会在生产高分子材料的时候被添加进去，以消除紫外线损伤化学基团，但它们从未被当作防静电涂层使用。

为了证明他们的结论，研究人员把自由基清除剂涂在聚苯乙烯球等普通的高分子材料表面。不出所料，在通过摩擦使涂了涂层的小球带电后，仅仅过了几分钟静电就消散了。科学家还把防静电涂层涂在一个晶体管表面，并用离子枪向它发射带电粒子，晶体管毫发未损。Bartosz Grzybowski说：“答案简直简单得令人难以置信。”

《自然》杂志社联系了其他研究人员，他们也认为这个研究激动人心。美国北卡罗来纳州大学的Michael Dickey研究纳米电子学，他表示这项研究真正的价值在于发现了静电产生的根源。他补充说：“解决一个老问题的方法竟然如此简单，这太巧妙了。”

Fred Roska是美国3M公司的研究员，他表示静电效应是“工业上的一个大难题”。他补充举例说，在半导体制造业中，只要设法提供和高分子材料表面上积聚的静电电性相反的电荷，消除静电，就能拥有十亿美元的市场。工业上还会通过改进所用材料来消除静电，例如在聚合物表面覆盖水或凝胶等导电涂层，或在聚合物中加入导电的金属条或碳纳米管，以为静电提供逃逸的途径。

Bartosz Grzybowski表示目前工业上的解决方案都不过是权宜之计，例如只考虑增加材料的导电性，却不去探究静电积累的原因。他认为抗氧化物涂层是个廉价的解决办法。他说，他已经为这个发现申请了专利。

（编委：吴贻珍 荐)