害怕靜電？那來點維生素吧

作者：Richard Van Noorden

編譯：瑪雅藍

化學家們報告，只要在塑料或橡膠等高分子聚合物表塗上一層抗氧化物，例如維生素E，就能防止靜電積聚。這個發現提供了一個廉價的解決方案，可防止塑料表面灰塵堆積、靜電放電以及避免火花損壞電視電路或計算機主板。

孩子們可以盡情享受靜電帶來的樂趣。當他們把氣球放在頭上摩擦的時候，頭髮會粘到氣球上，這是因為當帶電粒子從一個物體傳遞到另一個物體之後，兩種帶相反電荷的物體之間產生了吸引力。在工業上，例如在汽車的塑料燃油過濾器中或半導體部件內部，靜電累積可能引發危險的火花放電，或導致灰塵積聚。

由於運動產生摩擦，帶電的毛髮吸附包裝用泡棉的一隻貓 | Sean McGrath/Wikipedia

巴托茲·澤博爾斯基（Bartosz Grzybowski）是美國伊利諾斯州埃文斯頓市西北大學的一名物理化學家。他介紹說，靜電的神秘之處在於，儘管絕緣體表面積聚的同性帶電粒子之間會互相排斥，這種排斥力使它們均勻分布在物體表面並引發漏電，但電荷仍然能夠穩定地大量積聚。因此，靜電能夠積累足夠的量，在導電途徑出現時瞬間放電，例如閃電穿過人體擊中金屬欄杆，或在空氣中產生微型球形閃電一般的小火花。

維生素療法

澤博爾斯基的團隊發表在《科學》雜誌上的文章揭開了這個謎。研究人員在顯微鏡下研究了帶電粒子在高分子聚合物表面累積時電場和磁場的分布情況。他們發現，自由基的存在能使電荷穩定。自由基是性質活潑的分子，帶有多餘的自由電荷，由分子在某個面上的化學鍵斷裂形成。自由基吸附了一些電荷，如果沒有自由基，電荷就無法緊密排布。研究團隊表示，只要把一層能夠和自由基發生反應的塗層覆蓋在表面，消除這些自由基，就能防止靜電積聚。其中一種廉價無毒的抗氧化物塗層就是維生素E。實際上，一些這樣的化學品會在生產高分子聚合物的時候被添加進去，以消除紫外線損傷塑料時產生的化學基團，但它們從未被當作防靜電塗層使用。

為了證明他們的結論，研究人員把消基團溶液塗在聚苯乙烯球等普通的高分子聚合物表面。不出所料，在通過摩擦使塗了塗層的小球帶電後，僅僅過了幾分鐘靜電就消散了。科學家還把防靜電塗層塗在一個晶體管表面，並用離子槍向它發射帶電粒子，晶體管毫髮未損。澤博爾斯基說：「答案簡直簡單得令人難以置信。」

《自然》雜誌聯繫了其他研究人員，他們也認為這個研究激動人心。美國羅利市（Raleighd）北卡羅來納州大學的邁克爾·迪奇（Michael Dickey）研究納米電子學，他表示這項研究真正的價值在於發現了靜電產生的根源。他補充說：「解決一個老問題的方法竟然如此簡單，這太巧妙了。」

靜電敏感設備的警示標誌（左）和靜電敏感保護設備標誌（右） | Wikipedia

弗雷德·羅斯卡（Fred Roska）是美國明尼蘇達州聖保羅市3M公司（Minnesota Mining and Manufacturing Company）的研究員，他表示靜電效應是「工業上的一個大難題」。他補充舉例說，在半導體製造業中，只要設法提供和高分子聚合物表面上積聚的靜電電性相反的電荷，消除靜電，就能擁有十億美元的市場。工業上還會通過改進所用材料來消除靜電，例如在高分子聚合物表面覆蓋水或凝膠等導電塗層，或在高分子聚合物中加入導電的金屬條或碳納米管，以為靜電提供逃逸的途徑。

澤博爾斯基表示目前工業上的解決方案都不過是權宜之計，例如只考慮增加塑料的導電性，卻不去探究靜電積累的原因。他認為抗氧化物塗層是個廉價的解決辦法。他說，他已經為這個發現申請了專利，並希望把它出售給3M或陶氏化學（Dow）之類的公司。

本文編譯自Nature:Antioxidants dispel static electricity。

歡迎個人轉發到朋友圈

喜歡記得點「在看」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！