1.静电基础知识课件

武占成博士、教授、博士生导师军械工程学院静电与电磁防护研究所石家庄市和平西路97号，0500030311－87994357130910216231静电基本概念和基础知识第一讲2一、静电什么是静电？静电是物体表面正负电荷发生分离的一种物理现象。原因：摩擦、剥离、感应...机理：物质因失去或得到电子而带电。3Whenmaterialsareincontact4Whenmaterialsareincontact5物体紧密接触时，共享表面电子。.Whenmaterialsareincontact6Whenmaterialsareincontact由于两种物质的原子核吸引电子的能力不同，一种物质得到电子，另一种物质失去电子。7Itispossibleforelectronstobe“stolen”fromonematerialbynucleiintheothermaterial,becausetheyhaveastrongerforceWhenmaterialsareincontact但此时，总体上保持平衡，不显电性。.8Whenthematerialsareseparated9分离时，得到电子的物体带负电，

失去电子的物体带正电。.WhenthematerialsareseparatedElectrons“lost”Electrons“gained”10WhenthematerialsareseparatedElectrons“lost”Electrons“gained”所有接触－分离的物体间均会发生上述过程。对于绝缘体，电荷保持在原处。而对于导体，电荷转移到整个物体。对于接地导体，电荷泄漏到大地。11影响静电起电的因素材料本身的起电性能接触的紧密程度、压力摩擦的速度环境温度环境湿度

12静电带电序列13石棉醋酸酯玻璃人发尼龙羊毛毛皮铅丝绸铝纸聚氨酯棉花木材钢封腊硬橡胶聚酯薄膜环养玻璃铜、镍银黄铜、不锈钢合成橡胶聚丙烯树脂聚苯乙烯塑料聚氨酯塑料聚酯萨冉树脂聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯硅橡胶静电带电序列（IEEEStd.C62.47）＋－14注意：同种物质摩擦也会由于其表面光滑程度不同、纹理差异、或温度不同而带电！15感应起电16常见静电产生源地板：尤其是塑料地板或地毯椅子：木质、塑料、或化学材质衣服：尼龙及一般布料工作台面：磨光、油漆及上蜡其它：塑料垫、文件夹等任何可能产生磨擦的地方物体相对运动摩擦或接触分离产生静电17可能产生静电的电位1819Whenyoutakeoffyourwoolhat,itrubsagainstyourhair.Electronsmovefromyourhairtothehat.Noweachofthehairshasthesamepositivecharge.Remember,thingswiththesamechargerepeleachother.Sothehairstrytogetasfarfromeachotheraspossible.Thefarthesttheycangetisbystandingupandawayfromtheothers.博物馆里常见的“怒发冲冠”试验

20静电放电（ESD)静电场引起的静电荷的快速瞬态转移通常条件下，具有不同静电电位的物体接近时，强静电场使物体间空气或介质击穿，形成放电火花。2122闪电也是一种静电放电现象

23冬天时，因为走动和地板摩擦，使身体带上静电，所以…这时如果空气中弥漫着汽油蒸气，可能会引发爆炸日常生活中的静电现象24LikeGerms,ESDIsTheHiddenEnemy

ControlGerms

Weareawareofsterilizationinmedicine

WeshoulddevelopthesameattitudeaboutESD

ControlESD25康熙字典：阴阳激耀，从雨从申。西周青铜器上的电字三、静电发展简史26中国古代对静电现象的观测记载汉代：《论衡》中有“顿牟掇芥”。南朝：陶弘景“惟以手心摩热拾芥为真”;《炮炙论》中有“琥珀如血色，以布拭热，吸得芥子者真也”,以此作为识别真假琥珀的标准。西晋：张华《博物志》“今人梳头、脱着衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声”。唐代：段成式“猫黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。宋代：张邦基《墨庄漫录》记载：“皇宫中每幸诸阁，掷龙脑以辟（避）秽。过则以翠羽扫之，皆聚，无有遗者”。摩擦起电27古代兵器多为长矛、剑、戟，而矛、戟锋刃尖利，常常可导致尖端放电发生，因这一现象多有记述。如《汉书西域记》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”；晋代《搜神记》中也有相同记述："戟锋皆有火光，遥望如悬烛"。

电晕放电

中国古代对静电现象的观测记载28气球为什么会粘在墙上?静电感应起电

29王充在《论衡·雷虚篇》中写道：“蛟龙见而云雨至，云雨至则雷电击"，明确地提出云与雷电之间的关系。

《淮南子·坠形训》认为：“阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。

中国古代对电本质的认识明代刘基（1311～1375）说得更为明确：“雷者，天气之郁而激而发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电，犹火之出炮也，而物之当之者，柔为穿，刚皆碎。”。可见，当时己有人认识到雷电是同一自然现象的不同表现。30西方对静电的认识过程公元前600年左右，古希腊哲学家Thales

(塔勒斯)

发现用丝绸摩擦琥珀之后有类似于磁石能吸引轻小物体的性质。Thales

成为有历史记载的第一个静电实验者。古希腊语

hlector

（发音为elector）起初指太阳，后用于描述琥珀，因其如阳光般的色彩，现代英语中的电（electricity）即源于该词。Electricity31但直到16世紀，除了偶尔发现埃尔摩(Elmo)火外,对静电別无其他记载。埃尔摩火是发生在船桅杆上或其附近的发光現象。在航行于地中海上的水手中間长久流传着一个“神火”的故事，他们在暴雨将来临的危急时刻，多次地发現在桅杆尖上有一种不祥的火光，开始时水手们把它看做末日的来临。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。

32WilliamGilbert(电学之父)

1540–1603英女王伊丽莎白一世的御医；

首次明确指出地球是有磁性的；首次区分了电与磁；

发明了验电器。33十七、十八世纪的摩擦起电实验1660年德国人Guericke（格里凯)发现了同性相斥的现象，发明了摩擦静电起电机，能在实验室中产生火花放电。1720年英国人StephenGray（格雷)发现丝绸、干木材、毛发经摩擦也能起电。

341733年

DuFay(杜菲）发现两类不同性质的电，一种称为玻璃电，发生在玻璃、水晶、宝石、动物毛发等；另一种称为琥珀电，发生在琥珀、树脂、丝、线、纸等。Musschenbroek（马森布罗克）于1745年发明Leydenjar(莱顿瓶)。1775年，意大利物理学家AlessandroVolta（伏特）发明了静电感应起电盘，他利用静电感应起电盘能使导体产生电压很高的静电。

莱顿瓶（原始电容器）35富兰克林

BenjaminFranklin(1706-1790)

美國科學家、發明家、政治家和社會慈善家首先定义电荷的正负极性改进了莱顿瓶，获得强烈火花放电提出了单流体学说提出电荷守恒原理首先用风筝将天电引到地面1752年发明了避雷针3637法拉第(MichaelFaraday，1791-1867）是一位伟大的实验科学家。他的研究覆盖了许多领域如化学、物理和电磁。引入了带电体周围电力线的概念。他的一个很有意义的实验是法拉第笼实验。英国人普利斯特利（Priestley,1737-1804）最早提出电荷之间的作用力与它们之间的距离的平方成反比。1772年英国物理学家卡文迪许（Cavendish，1731-1810）遵循普利斯特利的思想以实验验证了电力平方反比定律。38CharlesAugustindeCoulomb(库仑，1736-1806)试验证明：两电荷之间的作用力与它们的电量乘积成正比，与距离的平方成反比，使电学研究进入定量研究阶段。39电子的发现为解释物质带电的机理，19世纪的一些科学家坚信一定存在某些带电的基本单元

，1890爱尔兰物理学家GeorgeStoney把这种物质称为电子。

40

Thomson试验证实阴极射线是由带负电的粒子组成的，而粒子远小于原子。他认为所有的原子都含有这种粒子，这就是电子。电子质量=9.11×10-31kg电子电量=-1.60×10-19

C41四、静电危害

静电作为一种近场自然危害源，给人类社会已经造成了重大损失和危害。1969年底在不到一个月的时间里，由于静电放电（ESD）引发荷兰、挪威、英国三艘20万吨超级油轮洗舱时相继发生爆炸；静电放电曾使国际通讯卫星II－F1～IV－F8及美国的阿尼克、欧洲航天局的航海通讯卫星等数十颗卫星发生故障，不能正常飞行；第一个阿波罗载人宇宙飞船也是由于静电放电导致火灾、爆炸，使三名宇航员丧生。

42工业发展的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用，一些电阻率很高的高分子材料如塑料，橡胶等的制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使得静电能积蓄到很高的程度。另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻质油品，火药，固态电子器件等，工矿企业部门受到静电的危害也越来越突出，静电危害造成了相当严重的后果和损失。四、静电危害43我国在上个世纪中后期，石化企业曾发生30多起较大的静电事故，如上海某石化公司的2000m3甲苯罐、山东齐鲁某公司的胶渣罐、抚顺某石化公司的航煤罐以及天津某公司的北仓二罐站等都因静电造成了严重的火灾爆炸事故。据报道，日本国曾统计，不合格的电子器件中有45％是静电放电危害造成。在电子工业领域，全球每年因静电造成的损失高达百亿美元。

四、静电危害44静电放电对电子设备的影响

45静电放电对电子器件的损伤

46吸尘（缩短寿命）放电破坏（完全破坏）放电产生热（潜在损坏）放电产生电磁场（电磁干扰）静电对电子产品损害的四种形式47静电对电子产品损害的四个特点隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3KV。潜在性：损伤后性能没有明显的下降。随机性：从一个元件产生以后，一直到它损坏以前的所有过程。复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因。48电子工业产生静电危害工序元件制造过程：切割、连线、检验印刷电路版生产过程：储存、装配设备使用过程：安装、试验设备维修过程：拆卸、检验从元件的制造、使用到维修的任一环节，静电已成为电子工业的隐形的致命杀手！49近几年，随着微纳米器件和微细加工的发展，对静电防护问题提出了更高的要求。为此，世界各工业发达国家都十分重视静电危害及其防护研究。静电放电形成的宽频带电磁辐射会对各种电子系统造