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Apr 02, 2023

정전기 감소

Neils Jonassen 부교수는 격월로 발행되는 정적 칼럼을 작성했습니다.

Neils Jonassen 부교수는 컴플라이언스 엔지니어링 매거진(Compliance Engineering Magazine)에 격월로 게재되는 정적 칼럼을 작성했습니다. 이 시리즈에서는 충전, 이온화, 폭발 및 기타 ESD 관련 주제를 탐구했습니다. In Compliance Magazine과 협력하는 ESD 협회는 기사가 정전기 분야에 대한 시대를 초월한 통찰력을 제공하기 때문에 이 시리즈를 다시 출판하고 있습니다.

Jonassen 교수는 1983년부터 2006년까지 ESD 협회 회원이었습니다. 그는 1989년에 ESD 협회 뛰어난 공헌상을 받았으며 기술 논문, 서적 및 기술 보고서를 집필했습니다. 그는 정전기 제어의 이해에 기여한 것으로 기억되며, 그를 기념하여 우리는 "Mr. Static"을 다시 부릅니다.

~ ESD 협회

다음의 허가를 받아 재인쇄됨: Compliance Engineering Magazine, Mr. Static Column Copyright © UBM Cannon

절연체에 대한 정전기의 손상 효과를 줄이거나 심지어 무효화할 수도 있습니다.

두 부분으로 구성된 이 시리즈 중 첫 번째("정전기 감소 - 1부: 도체", 규정 준수 매거진, 2013년 6월)에서는 도체의 정전기 감소를 다루었습니다. 이번 두 번째 기사에서는 도체의 전하와 다르게 중화되어야 하는 절연체의 전하를 다룹니다.

원칙적으로 절연체의 전하를 중화시키는 세 가지 방법이 있습니다. 물질 전체를 통한 전도도, 물질 표면을 따른 전도도, 공기 중 반대 전하를 띤 이온을 끌어당기는 방법입니다.

벌크 컨덕턴스

물질에 이동성 전하 캐리어가 포함되어 있으면 이를 벌크 전도성이라고 합니다. 재료의 전계 강도 E가 전류 밀도 j를 방출하는 경우 재료의 벌크 전도도 g는 다음과 같이 정의됩니다.

j = γE (1)

아니면 보통 쓰는 대로

E = ρj(2)

여기서 r = 1/γ는 벌크 저항률입니다. 이 방정식은 옴의 법칙의 형태입니다. 방정식 2에서 r의 단위는 (V/m)/(A/m2) = Ω ∙ m인 것으로 나타납니다.

그림 1은 벌크 저항률 ρ와 비유전율 εr을 갖는 재료 A를 보여줍니다. "A"는 접지된 플레이트 G 위에 놓여 있습니다. A가 표면 전하 밀도 σ로 충전되면 필드 E가 A에 설정되고 G를 향하게 됩니다. 모든 필드 라인(총 전기 플럭스)은 다음과 같이 가정됩니다. A를 통과하는 전하에서 발생합니다(즉, A 외부 필드는 무시할 수 있음). 이 필드는 양전하 캐리어를 G쪽으로 이동시키고 음전하 캐리어를 A 표면쪽으로 이동시켜 결국 원래 전하에서 필드를 중화시킵니다.

그림 1: 재료 A에는 벌크 저항률 r과 비유전율 εr이 있습니다.

전하 밀도 σ는 다음 방정식에 따라 물질 A를 통해 붕괴되는 것으로 보입니다.

(삼)

초기 전하 밀도는 어디에 있습니까?

t = 월, (4)

는 시간 상수이며 εo = 8.85 × 10–12 F ∙ m–1입니다. 따라서 재료 매개변수 r과 er의 측정을 통해 표면 전하가 얼마나 빨리 중화되는지 예측하는 것이 가능합니다. 그러면 문제는 절연체를 벌크 전도성으로 만드는 방법입니다.

벌크 전도성 절연체

절연체를 통해 전하를 운반하는 것에 대해 이야기하는 것은 모순됩니다. 이것이 가능하다면 그 재료는 실제로 단열 효과가 없을 것입니다. 수년에 걸쳐 절연 재료에 다른(보통 기계적) 바람직한 특성을 손상시키지 않으면서 적절한 전도성을 부여하려는 많은 시도가 있었습니다. 일반적으로 이는 재료를 본질적으로 전도성이 있는 첨가제와 혼합하여 수행됩니다. 이러한 고유 대전 방지제의 가장 잘 알려진 예는 카본 블랙이다. 카본 블랙은 다양한 고분자 재료에 첨가될 수 있으며 기본 재료의 흑화 결과가 허용될 때 사용됩니다.

수년 동안 카본블랙의 가장 중요한 사용 분야는 전도성 고무였습니다. 일반 가황고무의 체적 저항률은 1013Ω·m이지만, 카본블랙을 첨가하면 저항률이 최대 1015배까지 낮아질 수 있습니다. 그러나 일반적으로 저항률이 105~106Ω·m 정도이면 위험을 방지할 수 있을 만큼 충분히 낮습니다. 또는 성가신 전하 축적.