静电模拟与防护

第1章绪论

1.1 传统静电学的发展

1.2现代静电工程学的建立

第2章 静电学基础理论

2.1物质的电结构和电学性质 

2.2 静电场基本规律

2.3静电场中的导体和电介质

2.4电容和静电能

第3章静电起电

3.1固体的静电起电

3.2 粉体的静电起电

3.3 液体的静电起电

3.4气体的静电起电

3.5 人体的静电起电

3.6器的静电起电

第4章静电放电

4.1 气体放电的基本物理过程

4.2汤生放电与气体击穿

4.3 静电放电的定义和特点

4.4静电放电的主要类型

4.5静电放电的能量

第5章 静电放电模型与试验

5.1 静电放电电路模型

5.2静电放电辐射场数值模型 

5.3 静电放电模拟器 

5.4静电放电试验 

第6章静电危害的形成及分析

6.1静电及静电放电效应

6.2静电危害的分类与实例

6.3 静电危害的形成 

6.4静电危害的预测与分析 

第7章静电危害防护技术

7.1防静电危害的一般原理

7.2 工艺控制法

7.3 静电接地

7.4 增湿

7.5静电消除器

7.6 掺杂 

7.7人体静电的防护

第8章电子产品静电防护技术

8.1 静电放电对电子产品的能量耦合方式

8.2 电子产品静电防护概论

8.3电子产品静电防护设计

8.4 静电防护器材的应用

8.5电子产品制作过程中的静电防护工程设计

第9章 器静电防护技术

9.1 器静电防护技术概述

9.2 器带电抑制方法

9.3 高压太阳电池阵静电放电防护技术

参考文献

第1章绪论

静电比较传统的定义是,相对于观察者静止不动的电荷。然而,绝对静止不动的电荷是不存在的。正如水总是由高处流向低处一样，物体或空间中的电荷总要由高电位向低电位移动，只不过移动的速率随电位差和物质电导率的大小而有很大差异。所以，在此意义上可以把静电定义为:在物体或空间极缓慢地移动，以致其磁场效应较之电场效应可忽略不计的电荷的带电现象。总之，静电是与流电(由电荷的宏观定向运动而形成，所表现出的主要是磁场效应)相比较而言的，它是一种处于相对稳定或移动极为缓慢的电。静电的作用仅仅取决于电荷的位置、分布、多少及周围的环境，而电磁和电热现象则主要取决于电荷的运动一电流。必须注意到，静电与流电有着不同的特点，遵守着不同的规律。因此，,想要防止和消除静电危害，就应对其进行专门的研究。

1.1传统静电学的发展

人们对电的认识始于对静电现象的观察。公元前600年左右,古希腊哲学家泰勒斯在研究天然磁石的磁性时发现用丝绸、法兰绒摩擦琥珀之后有类似于磁石能吸引轻小物体的性质。所以,泰勒斯成为有历史记载的第一个静电实验者。我国东汉时期王充所著《论衡》里有“顿牟掇芥”的记载，与古希腊人的发现不谋而合。在西晋张华所著的《博物志》中也有记载:“今人梳头,脱著衣时,有随梳、解结有光者，亦有咤声”,这里记载头发因摩擦起电发出的闪光和噼啪之声。

但直到16世纪,除了偶尔发现圣・埃尔摩火外,对静电别无其他记载。圣・埃尔摩火是发生在船桅杆上或其附近的发光现象。在航行于地中海上的水手中间长久流传着一个“神火”的故事,他们在暴雨即将来临的危急时刻，多次地发现在桅杆尖上有一种不祥的火光。开始时水手们把它看作末日的来临,但当他们多次平安脱险后,这火光反而变成了安慰的源泉。水手们把它命名为圣・埃尔摩火,用来象征他们所信仰的圣徒埃尔摩的保护。其实，这种现象是尖端放电现象,并非“神火”。关于尖端放电将在2.3.2节具体介绍。

英国伊丽莎白的御医吉尔伯特重复了泰勒斯的实验。他想弄明白为什么琥珀这个用于装饰用的东西摩擦之后会有吸引轻小物体的性质,是否其他的珠宝也有类似的性质呢。他用其他的珠宝做实验,结果发现钻石、蛋白石和蓝宝石也有像琥珀一样吸引其他轻小物体的性质。后来,他还发现其他物体也有类似的性质，如紫晶、玻璃、黑色大理石、硫黄、蜡等。他注意到这些物质经摩擦之后虽然能吸引轻小物体,但不像磁石那样具有指南北方向的性质。他把这些经摩擦能带电的物质称为“摩擦起电体”。而把摩擦不能带电的物体称为“非摩擦起电体”。为了进一步研究这些物体的吸引能力，吉尔伯特还发明了验电器,用它来检验带电物体。验电器是一个中心可以转动的很轻的木材或金属做成的细针，当摩擦过的琥珀靠近时，细针可以转动。他还发现在天气干燥时这些物体容易产生吸引力。

1660年，德国人格里凯发现电的排斥现象。当把带电棒接近金属屑时，它们开始吸引，然后排斥。1678年,格里凯制造了第一台摩擦静电起电机。他把硫黄粉碎熔化后灌人一个直径为15.24 cm的空玻璃球内,在其中间插入一条木棒作为轴，硫黄冷却后，打碎玻璃,做成一个硫黄球。当球迅速转动并用布或直接用手摩擦硫黄球时能产生很大的火花。

1709年,英国科学家豪克斯比制作了一个类似于格里凯的静电发生器,他用一个大轮带动一个小轮使得球转得更快,计算球的线速度达到8.84 m/s,当用毛皮摩擦球时,强烈的放电会使球发出绿光。当把脸贴近带电球时，他觉得有一股微风吹来。这种摩擦静电起电机经过不断改进,后来在静电实验中起过重要的作用。他还发明了第一个静电计，把弯曲的稻草挂在绝缘的金属棒的一端,他发现当带电体接近时稻草会排斥而张开。他的另一个重大发现是:两个相距2.54 cm的球，当摩擦其中之一时,两球都发光，这一现象在当时很难理解,实际上这就是静电感应现象。

1720年,英国人格雷发现丝绸、千木材、毛发经摩擦也能起电。他在研究琥珀吸引特性的传递时发现了导体和非导体的区别。他摩擦一根约1m长的空玻璃管,为了保持玻璃管内干净,把一个塞子塞入玻璃管的一端，当摩擦玻璃管时,发现塞子也能吸引轻小物体。格雷认为这种吸引力可以传递,从此继续以实验来检验电的这种传递能力富兰克林做了许多实验后于1747年正式宣布有两种电荷存在,即正电荷和负电荷。他认为摩擦后的玻璃棒带正电，而树脂带负电。富兰克林说,静电的产生不是由于摩擦了摩擦起电体产生的,而是由于“电流体”的转移,虽然这种说法不完全正确,但是该说法对静电学后来的发展起到了抛砖引玉的作用。

本书系统地介绍了静电起电/放电模拟与防护技术，主要内容包括：静电学基础理论、静电起电原理、静电放电的特点与类型、静电放电模拟、静电危害的形成及分析、静电危害防护技术、电子产品和航天器的静电防护技术等，反映了近年来静电起电/放电模拟与防护领域的相关研究成果。