靜電產生與材料性質的關係分享

前面有一篇提到除靜電裝置的簡介，靜電與除靜電裝置摘要分享
裡面有提到靜電產生主要來自於“磨擦”，
對"摩擦'產生靜電的印象來自於：
元件 A 跟 B 在相接觸表面上產生相對運動，
在相對運動發生時，元件 A & B 之間發生材料移轉的現象，
被移除或附著上的材料上可能會帶有些許的電荷，
如材料是絕緣性材質，電荷無法移動，因此就會在元件表面累積電荷而產生靜電。

但是其實若從更小的尺度來說，
當絕緣材料 A & B 從原本的接觸到分離時，
微觀上分子、離子、電子可能從材料 A 移到另外一邊的材料 B 上，此時也會發生電荷累積*1。

所以從國中自然科課程中應該都有學過的化學元素週期表來看：

圖片來源：元素週期表網站

在這個元素週期表中，我印象最深刻的就是：
除了惰性氣體以外，右上角的元素搶電子的能力比左下角強。

雖然在材料中這些元素都已經變成是化合物，
但是還是會影響電子的分布狀態，所以在化學/生物上會有一些氫鍵、凡得瓦力等存在分子之間的偶極力。

圖片來源：台大化學系，分子間作用力

這些力量有可能在當兩個元件互相接觸、分離過程中，造成微量的電子產生轉移，

圖片來源：Wiki，Triboelectric effect

比如一邊是有帶氟化物的聚合物，例如鐵氟龍 ( Teflon )，一邊是聚乙烯 (Polyethylene)，
兩個聚合物在接觸、分離之間就會產生微量的材料轉移，造成靜電的產生*2。

最近就碰到一個要解靜電的例子就跟以上的觀念有很大的關係，
機構上原本使用抗靜電氟化橡膠 VITON 跟材料接觸，但是靜電值居高不下，
不管機構接地與否、加大除靜電氣量、調整方向改善效果有限，
拿著靜電量測裝置順著機構走一次，發現靜電就是在材料 A & B分離那一瞬間飆高，
靈機一動，拿一般的 NBR 橡膠(絕緣)材質作測試，分離瞬間產生的靜電值反而很低！！！

抗靜電材料在分離時產生的靜電竟然比絕緣性材料還高，而且還高出很多？？？

重新檢視材質，猜想應該就是氟化橡膠中"氟"的影響，
搶電子的能力太強了，所以在材料 A&B 分離的瞬間，搶走更多的電子，才會造成靜電值大幅飆高。

這也是一種難得的經驗，原來從接觸、分離的行為就可以產生靜電，根本不需要摩擦，
此時的材料的基本組成成分的分子間作用力會有很大的影響。

真的是活到老學到老...

Ref.
1. Mechanism of Triboelectricfication, Triboelectric effect, Wiki
2. MEURIG W. WILLIAMS, What Creates Static Electricity?, American Scientist.
3. Meurig W. Williams , Triboelectric charging of insulating polymers–some new perspectives,