静电现象的巧妙应用

静电现象的巧妙应用

廖颖民

南宁市科技馆

摘要：静电现象在生活中经常可以见到，本文简述了静电现象在数字复印机、打印机上的应用，同时对数字复印机的工作原理、以及数字复印机的充电、曝光、显影、转印等主要工作流程进行了详细说明。

关键词：静电  数字复印机  充电  曝光  显影  转印 

0引言

静电现象在我们的日常生活中经常可以见到，尤其是在秋冬等干燥的环境下，我们的衣物经常会粘上毛屑；用梳子梳头发的时候，常常会发现自己的头发在静电作用下形成射线状；穿衣脱衣的时候，经常会听见噼啪噼啪的声音；在触摸金属门把手时除了有噼啪声之外，手与门把手间有时还会出现令人胆颤的电火花，这些都是我们生活中常见的静电现象。听了这些很多人可能觉得静电现象更多的是给人们的生活带来烦恼，但其实只要我们善于观察，巧妙利用，它也会给我们的生活带来许多便利，比如现在得到广泛应用的数字复印、打印技术就是巧妙应用静电的一个绝好例子。

提到复印机、打印机，它就在我们的周围，现在无论工作、学习、生活我们都离不开它，它的出现给我们的生活带来了许多精彩和便利。为了便于讲解，我们将以复印机为例、因为现在的数字复印机我们也可以理解为一台加装了扫描仪的打印机，它们的工作原理基本上是一样的。

1  数字复印机的工作原理

为使大家更好的掌握这些科学知识，我们先科普一下当代数字复印机的工作原理：首先我们将原稿放在玻璃稿台上，按下复印键后曝光灯会对原稿进行扫描，扫描得到的光学信号经过反光镜及凸透镜聚焦汇聚在CCD/CMOS（现在手机、照相机拍照、摄像使用的感光元件）表面，CCD/CMOS的作用是将接收到的光学信号转换为数字信号，并将信号传输至数字复印机的MCU（复印机的主控单元），MCU根据接收到的信号来控制LSU（激光组件）对感光鼓表面进行曝光照射，经过曝光后的感光鼓表面上遂出现了与原稿“一模一样”的图像，但这时的图像不是由墨粉形成的，而是由电荷形成的静电潜像，当然我们肉眼是看不到的，它的存在只能通过仪器检测到。为了形成肉眼能看到的带有墨粉的图像，就需要静电效应在数字复印机的成像系统上“大显身手”了。

2  数字复印机的工作流程

  数字复印机的成像系统包含基于静电作用的充电、曝光、显影、转印等流程，下面我们逐个进行分析：

2.1充电

数字复印机的充电系统经高压转换及栅网充电器将负电荷均匀的充到（布满）感光鼓表面。在充电过程结束后感光鼓表面会均匀的布满负电荷。在这里我们要对感光鼓进行一下说明，现在复印机上通常使用的感光鼓表面呈绿色或蓝色，它的表面镀有一层OPC（有机光导体）涂层，光鼓是利用OPC材料涂覆在导电铝筒表面而形成的一种光电转换器件,其特点是在黑暗处是绝缘体,能维持一定的静电荷,当一定波长的光照射后其电阻值迅速下降，变成导体，原先经充电后留存在感光鼓表面相应区域上的负电荷经感光鼓的接地装置离开感光鼓，这也意味着该表面区域没有电荷，而没有光照射到的感光鼓表面区域则依然均匀的布满负电荷。

图1  感光鼓充电示意图

2.2曝光

由MCU（复印机的主控单元）控制的LSU（激光组件）发出激光束，并依据原稿图文对感光鼓表面进行曝光照射。曝光完成后，感光鼓表面就形成了与原稿相对应的静电潜像（有图文被光照射过的的感光鼓相应区域不带电荷、空白区域依然布满负电荷）。

2.3 显影

接下来的步骤是显影，它是数字复印机在成像上的关键一步。当前大部分的数字复印机都采用双组份磁刷显影方式（显影组件内同时含有载体和墨粉），载体（研磨成细小颗粒的铁粉）和墨粉颗粒在显影仓内经彼此摩擦搅拌后载体带上负电、墨粉带正电，它们因“异性相吸”的静电作用紧紧“粘附”在一起。复印机显影时给显影辊（MG磁辊）施加负电压，此时在显影辊（MG磁辊）上带负电的墨粉颗粒在“同性相斥”的静电作用下就会被“排斥”到感光鼓表面经LSU激光曝光照射后不带电的区域，而未经曝光照射过的感光鼓表面区域由于依然布满负电电荷，在“同性相斥”的静电作用下，这些区域表面是不会有带负电的墨粉颗粒的。此时在感光鼓上就出现了与原稿相一致的肉眼可见的墨粉图像。

图2 左侧为显影仓磁辊剖面图、右侧为感光鼓剖面图，图中 ● 代表墨粉颗粒

2.4. 转印

复印的目的是将图文印制在纸张上，在复印纸经过感光鼓表面时通过转印电极丝将正电荷均匀的施加在复印纸的背面。复印纸走纸路线中有一段与感光鼓的表面非常接近，复印纸在“异性相吸”的静电作用下会将原先附着在感光鼓表面无电荷区域带负电的墨粉颗粒“吸引”到纸张表面上来，此时我们的复印纸上就有了与原稿“一模一样”的文字图像。但这时在复印纸上的墨粉图像是很“脆弱”的，你轻轻朝它吹一口气或是用手指一抹它就会从复印纸上脱落，因为这时的墨粉颗粒仅仅是依靠静电引力吸附在复印纸上。如此我们成功的实现了墨粉从感光鼓到复印纸的迁徙。之后再经过给复印纸消电，定影等流程，一份与原稿“一模一样”的复印件就呈现在我们面前了。

图3 复印纸经过感光鼓及转印组件时的剖面图，图中 ● 代表墨粉颗粒

3 总结

数字复印机、打印机的出现给我们的生活带来了许多便利，极大的改变了人们的生活，当然数字复印机、打印机要比上面讲述的要复杂精密得多，而且还涉及到扫描分辨率，打印分辨率，色彩调整（CMYK）等许多专业知识，但它的原理就是这么“简单”，让我们时刻保持一颗好奇之心，热爱学习、热爱生活，永不停下探索科学的脚步，去发现更多静电的巧妙应用。

参考文献

[1] 王松林. 电路基础 [M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2021

[2] 汪建. 电路分析基础 [M]. 北京：清华大学出版社，2023