光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中的應(yīng)用效果分析

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中得到了廣泛地應(yīng)用，并獲到了良好的效果。文章簡(jiǎn)單介紹了靜電復(fù)印機(jī)用光電導(dǎo)材料的性能，對(duì)靜電復(fù)印機(jī)中常用光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：光導(dǎo)體；靜電復(fù)印機(jī)；應(yīng)用效果

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光導(dǎo)體在諸多領(lǐng)域得到了廣泛使用，尤其是在靜電復(fù)印機(jī)中的應(yīng)用，不僅種類繁多，而且應(yīng)用效果極佳。光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中有著不可替代的作用，因此文章研究?jī)?nèi)容具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 概述

日常生活中在靜電復(fù)印機(jī)中使用的光導(dǎo)體為具有光敏特征的光電導(dǎo)材料，屬于半導(dǎo)體，也可以將其稱之為光敏半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體材料對(duì)于光量子有很強(qiáng)的捕獲能力，我們可以用絕緣體+光量子-激活→導(dǎo)電態(tài)來(lái)表示其工作狀態(tài)。如果當(dāng)半導(dǎo)體處在暗處環(huán)境下，其內(nèi)部的載流子數(shù)目將會(huì)減少。所以，此時(shí)電阻增大，為絕緣狀態(tài)，電荷沉積在半導(dǎo)體材料表面。如果光導(dǎo)體已經(jīng)完成充電并且其表面受到陽(yáng)光照射，即半導(dǎo)體處于明亮環(huán)境下，其背部的載流子數(shù)目將會(huì)迅速增加，導(dǎo)電能力增強(qiáng)到與導(dǎo)體自身幾乎一樣，實(shí)現(xiàn)放電。我們將在暗處環(huán)境下呈現(xiàn)出來(lái)的電阻稱之為“暗阻”，其特性為光敏半導(dǎo)體的靜電特性；反之，基于光照狀態(tài)下導(dǎo)電能力提升所呈現(xiàn)出來(lái)的特性為半導(dǎo)體的光敏特性。

在靜電復(fù)印機(jī)中，需要用到硒、鋅、硫化鎘、硒合金和有機(jī)光導(dǎo)體等各種光電導(dǎo)材料，通過(guò)這些材料能夠制成多種多樣的光導(dǎo)體。靜電復(fù)印機(jī)就是利用前文所提到的兩種特性，在光導(dǎo)鼓上通過(guò)建立不同電位差從而形成靜電潛像，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)印。靜電潛像質(zhì)量和性質(zhì)主要受到光電導(dǎo)材料性質(zhì)影響，主要包括結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)存、工藝、使用等等，其性能直接關(guān)系到復(fù)印質(zhì)量，也會(huì)給靜電復(fù)印機(jī)壽命帶來(lái)影響。

2 靜電復(fù)印機(jī)用光電導(dǎo)材料的性能

2.1 接受和保持電荷的性能

2.1.1 充電

由于靜電復(fù)印機(jī)采用的是光導(dǎo)體，所以要求其電荷接受率必須要高。也就是說(shuō)，能夠接受電暈絲向其充入0.5～1.5×10-7C/cm2的靜電荷。為了確保電位穩(wěn)定，通常情況下暗阻率應(yīng)當(dāng)大于1012～1015Ω/cm，只有滿足上述要求，靜電潛像質(zhì)量才能得以保證。

光導(dǎo)體主要由五部分組成，分別是上阻擋層、光導(dǎo)層、傳輸層、下阻擋層和導(dǎo)電基體。上阻擋層是光導(dǎo)層與空氣產(chǎn)生接觸形成的薄層，光導(dǎo)體在充電電極進(jìn)行電暈充電過(guò)程中，在上阻擋層的作用下，不會(huì)對(duì)光導(dǎo)層產(chǎn)生任何影響。所以，可以將光導(dǎo)層看作是絕緣介質(zhì)。當(dāng)離子沉積在其表面上時(shí)，基體就能夠感應(yīng)出數(shù)量相同、極性相反的電荷，下阻擋層與上阻擋層作用一致，能夠?qū)﹄姾勺⑷肫鸬接行У淖柚棺饔谩?/p>

2.1.2 飽和電位

充電時(shí)間越長(zhǎng)，其表面沉積的電荷也就越來(lái)越多，兩者為正向關(guān)系；在表面電荷不斷增加的過(guò)程中，表面電位隨之增加。但是由于光導(dǎo)體的絕緣特性并不理想，因此當(dāng)在其上、下面產(chǎn)生一定電位后，泄漏電流將會(huì)在光導(dǎo)層內(nèi)部經(jīng)過(guò)，受到電位升高的影響，泄漏電流隨之增大。由于泄露電流一直處于流動(dòng)狀態(tài)，而又造成表面電位停止變化。在剛剛充電時(shí)，電暈電流要比泄露電流大得多。這時(shí)，表面電位劇增。當(dāng)兩者達(dá)到平衡時(shí)，光導(dǎo)層表面電位達(dá)到飽和不再繼續(xù)升高，我們將這一狀態(tài)下電位叫做表面飽和電位。

2.1.3 工作電位

從理論上來(lái)講，靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)體飽和電位在700～1000V之間，但是實(shí)際工作過(guò)程中，電位達(dá)到400～600V就可以停止充電。通常情況下，工作電位要比飽和電位低，這樣做的目的是防止因?yàn)殡妷哼^(guò)高從而導(dǎo)致光導(dǎo)體被擊穿，起到有效的保護(hù)作用。值得注意的是，工作電壓不能低于400～600V，如果低于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)影響到靜電潛像質(zhì)量；而如果工作變壓超過(guò)這一標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)印品上就會(huì)存在底灰，影響復(fù)印質(zhì)量。

2.1.4 暗衰

充電完成意味著電流終止，雖然在暗處環(huán)境下光導(dǎo)體電阻較大，但是由于受到高電位電場(chǎng)作用，仍然有少部分表面電荷經(jīng)過(guò)光導(dǎo)體泄露最終消失。與此同時(shí)，表面電位也會(huì)因?yàn)榭諝怆x子復(fù)合從而導(dǎo)致小部分消失，光導(dǎo)體表面電位衰減速度迅速，然后逐漸趨于緩慢，我們將這一現(xiàn)象稱之為按衰減或者是暗衰。

2.2 感光和分光性能

2.2.1 較高的感光靈敏度

在對(duì)靜電復(fù)印機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造時(shí)就已經(jīng)確定了光導(dǎo)體的感光度，但是在具體的使用過(guò)程中，可以在合理的范圍內(nèi)對(duì)光縫和原稿照明燈亮度的曝光量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常情況下，靜電復(fù)印機(jī)都有控制曝光量的裝置。對(duì)感光度的要求通常要高于額定值。這主要是因?yàn)殡S著靜電復(fù)印機(jī)使用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)和復(fù)印工作量的不斷增加，光導(dǎo)體受到光照次數(shù)也將持續(xù)增加，在長(zhǎng)時(shí)間工作狀態(tài)下，靜電復(fù)印機(jī)產(chǎn)生疲勞，使得感光度也逐漸下降。另一方面，由于曝光次數(shù)逐漸增加，導(dǎo)致原稿照明光源發(fā)光能力越來(lái)越弱。當(dāng)暗度稍有所升高時(shí)，即便發(fā)光能力有所減弱，但是獲取的電位反差依然較高，獲得的復(fù)印品質(zhì)量良好。

一般來(lái)說(shuō)，靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)體靈敏度越高越好，一旦受到光線照射，光導(dǎo)體就能夠即使形成光衰減，也就是說(shuō)光電阻比較小。除此之外，如果是在可見(jiàn)光的范圍之內(nèi)，其性能并不會(huì)受到限制。

2.2.2 較寬的分光感光光譜靈敏度

無(wú)論光導(dǎo)體是由哪種材料制成，其感光光譜都會(huì)向某波長(zhǎng)傾斜。因此，在靜電潛像形成階段，對(duì)不同波長(zhǎng)光子能量的吸收也各不相同，這說(shuō)明不同光電導(dǎo)材料對(duì)不同光譜的響應(yīng)也是不同，我們將這一特征稱之為光導(dǎo)體光譜相應(yīng)或特征。在曝光過(guò)程中，為了保證能夠獲取良好的感光效果，光源的選擇必須和其材料靈敏度波長(zhǎng)保持一致，如果未能滿足這一要求，復(fù)印品就會(huì)產(chǎn)生缺陷。除此之外，曝光燈光和元件顏色組合到一起后形成的色光能否適應(yīng)材料感光光譜也是影響復(fù)印品質(zhì)量的重要因素。在復(fù)印時(shí)，只有對(duì)每種材料的光譜特征做到足夠了解，對(duì)原稿顏色和光譜成分實(shí)現(xiàn)合理運(yùn)用，有效配合，才能得到理想的復(fù)印品。

2.3 耐久使用的性能

任何儀器設(shè)備在使用過(guò)程中隨著工作時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的疲勞，從而縮短使用壽命，靜電復(fù)印機(jī)同樣如此。在進(jìn)行復(fù)印時(shí)，光導(dǎo)體在持續(xù)地充電、放電過(guò)程中膜層表面就會(huì)出現(xiàn)電疲勞、在曝光過(guò)程中產(chǎn)生光疲勞、在與復(fù)印紙和顯影劑等接觸中產(chǎn)生機(jī)械疲勞、也會(huì)在工作中由于設(shè)備溫度不斷升高使其性能發(fā)生劣化從而產(chǎn)生熱疲勞。這些疲勞現(xiàn)象都會(huì)不同程度影響其使用壽命。從實(shí)用性角度來(lái)說(shuō)，抗疲勞能力強(qiáng)、成本低的光導(dǎo)體才是最理想的選擇。

光導(dǎo)體耐久使用性能體現(xiàn)在下列四個(gè)方面：（1）機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度是靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)體必須具備的一項(xiàng)基本性能，具體要求成膜性的粘附性佳，同時(shí)膜層較為穩(wěn)固，不易脫落，并且厚度均勻；（2）耐磨強(qiáng)度。要想確保靜電復(fù)印機(jī)光導(dǎo)層具有良好的耐磨強(qiáng)度，就要保證其耐磨性和硬度。為了延長(zhǎng)使用壽命，要保證光導(dǎo)層表面一直處于光潔平整的狀態(tài)。在工作過(guò)程中，難免會(huì)和復(fù)印紙等消耗材料以及靜電復(fù)印機(jī)其他部件產(chǎn)生摩擦，為了避免頻繁摩擦導(dǎo)致的壽命縮短，可以將一層薄薄的、耐磨性能高的塑料膜覆蓋在其表面，也可以對(duì)清潔刮板、毛刷硬度、色粉顆粒、接觸載體等進(jìn)行改進(jìn)。由于靜電復(fù)印機(jī)使用頻率高、工作量大，因此是難以保證光導(dǎo)體膜層不被損壞的；（3）疲勞性能。通過(guò)前文分析我們知道很多因素都會(huì)導(dǎo)致其耐久使用性能受到影響，但是由于光導(dǎo)體材料的不同，其使用壽命也各不相同。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用之后，光導(dǎo)體不可避免會(huì)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。疲勞判斷標(biāo)準(zhǔn)為：表面電位開(kāi)始出現(xiàn)下降，亮衰光電特性變慢、暗衰光電特性加快，剩余電位升高，復(fù)印品反差越來(lái)越低，圖像慢慢變淡并且出現(xiàn)底灰。光導(dǎo)體疲勞分為兩種，一種是暫時(shí)性光疲勞；另一種是永久性光疲勞。所謂暫時(shí)性光疲勞就是光導(dǎo)體在停止工作一段時(shí)間后，疲勞即可消除。當(dāng)光導(dǎo)體發(fā)生暫時(shí)性疲勞時(shí)，將其放置在暗處一段時(shí)間之后再進(jìn)行使用，或者采用多個(gè)光導(dǎo)體進(jìn)行輪流使用，復(fù)印品質(zhì)量就能夠得到保障。所謂永久性光疲勞是材料老化導(dǎo)致光導(dǎo)體無(wú)法繼續(xù)使用。如果光電導(dǎo)材料選擇的是無(wú)定形硒，在長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)充電及曝光之后或者是由于溫度超過(guò)其承受能力，就會(huì)變?yōu)榻Y(jié)晶硒，此時(shí)光電導(dǎo)材料性能將不復(fù)存在，不能恢復(fù)；（4）抗熱性能。一般情況下靜電復(fù)印機(jī)中光導(dǎo)體對(duì)溫度和濕度的適應(yīng)范圍比較廣，在適應(yīng)范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)保證其不受到溫度及濕度影響。光導(dǎo)體為半導(dǎo)體元器件。在復(fù)印時(shí)如果溫度超過(guò)其承受范圍，性能將會(huì)下降，這是靜電復(fù)印機(jī)用光導(dǎo)體的主要特性。因此在確保滿足光導(dǎo)體自身性能的基礎(chǔ)上還要對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行改善，使環(huán)境溫度降低到適應(yīng)范圍內(nèi)，縮短連續(xù)工作時(shí)間。

3 靜電復(fù)印機(jī)中常用光導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 硒光導(dǎo)體

普通紙復(fù)印機(jī)和激光復(fù)印機(jī)適用于硒光導(dǎo)體。從商業(yè)角度來(lái)說(shuō)，往往會(huì)根據(jù)其底基形狀，稱其為硒鼓、硒板或者是硒帶，其中最常見(jiàn)的就是硒鼓。在自動(dòng)化復(fù)印機(jī)中絕大多數(shù)使用硒鼓；在少數(shù)超高速?gòu)?fù)印機(jī)中使用硒帶；硒板曾在早期手工操作的復(fù)印設(shè)備中使用或者是今天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的X光靜電照相設(shè)備。

硒光導(dǎo)體由三部分組成：硒光導(dǎo)層、氧化鋁膜中間層的以及鋁基導(dǎo)電基體。將硒蒸鍍到鋁基上之后會(huì)產(chǎn)生無(wú)定型硒膜層，這就是硒光導(dǎo)層，其質(zhì)量將會(huì)對(duì)復(fù)印品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。所以務(wù)必要保證蒸鍍均勻，具有高光潔度。在蒸鍍之前，底基上出現(xiàn)氧化鋁膜，其功能與阻擋層相同，能夠減小暗衰。鋁基為載體，起到與地導(dǎo)通和產(chǎn)生與充電相對(duì)應(yīng)感應(yīng)電荷的作用。

硒光導(dǎo)體特征表現(xiàn)在五個(gè)方面：（1）暗衰減。無(wú)定形硒具有較高的暗阻率，其表面靜電荷能夠得以保持，但是在暗處環(huán)境下仍然會(huì)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。其暗衰減特性決定了其能夠保持較高的表面電位而且不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)消失。衰減速度隨著時(shí)間變化而迅速逐漸趨于穩(wěn)定，因?yàn)槌跗陔A段，電位比較高，因此，衰減速度也要更快一些；（2）光譜靈敏度。波長(zhǎng)不同無(wú)定型硒光譜靈敏度也有所不同，當(dāng)波長(zhǎng)在400～500nm之間時(shí)最敏感，偏向于藍(lán)綠端一側(cè)，如果受到此類波長(zhǎng)照射，光衰達(dá)到最快。將適量碲摻入進(jìn)去，在可見(jiàn)區(qū)內(nèi)感光度明顯提高；（3）表面接受電位。通常無(wú)定型硒可接受表面電位能夠達(dá)到1kV，由于在暗的環(huán)境下電阻率高，所以與絕緣體一樣能夠保持電荷。由于硒光導(dǎo)體自身靜電限制，因此其接受電位是有限度的。工作表面電位要比最高表面電位低，工作電位在500～600V之間；（4）感光靈敏度。硒光導(dǎo)體為空穴型半導(dǎo)體，在光照射下，內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電子會(huì)逐漸遷移到表面，硒層被空穴擊穿逐漸移向基體。在遷移率上，空穴大于電子，且速度比電子越快，那么其靈敏度也就越好；（5）疲勞。如果溫度超過(guò)400℃，其硬度將會(huì)出現(xiàn)明顯下降。硒碲合金隨著碲含量逐漸增加，硬度也會(huì)增加。在連續(xù)工作狀態(tài)下，由于與一些消耗材料等構(gòu)件接觸較為頻繁，因此其表面將受到磨損，磨損程度取決于各種構(gòu)件而不同。除此之外，在高壓放電的長(zhǎng)期影響下，硒層表面出現(xiàn)氧化問(wèn)題，從而導(dǎo)致硒光導(dǎo)體疲勞。在使用過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)硒光導(dǎo)體出現(xiàn)疲勞，可將硒光導(dǎo)體從機(jī)內(nèi)撒出，在暗處經(jīng)過(guò)一段時(shí)間休息，疲勞即可消除；或在不工作狀態(tài)下，對(duì)硒光導(dǎo)體充以極性相反的電荷，則可以較快地消除疲勞，更有效的辦法是用清潔劑擦洗硒光導(dǎo)體，可以清除表面的氧化鋅薄層，即可繼續(xù)使用。

3.2 硫化鎘光導(dǎo)體

硫化鎘光導(dǎo)體是由硫化鎘光電材料制成的，憑借其優(yōu)越性能已經(jīng)在靜電復(fù)印機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。

硫化鎘光導(dǎo)體由三部分組成：上表面阻擋層、光導(dǎo)層以及導(dǎo)電基體。硫化鎘具有極高的靈敏度，將絕緣薄膜覆蓋在其表面，其性能能夠得到充分發(fā)揮。利用硫化鎘光導(dǎo)體所獲取的復(fù)印品質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他光導(dǎo)體。

硫化鎘光導(dǎo)體特征體現(xiàn)在八個(gè)方面：（1）感光度要優(yōu)于其他光導(dǎo)體材料，換句話說(shuō)，光衰減性能較好；（2）機(jī)械磨損以及放電火花對(duì)感光膜層的傷害能夠有效減少；（3）大大提高靜電潛像反差；（4）復(fù)印品清晰度明顯提高；（5）分光感度與人眼感光度相接近，即具有良好的光譜特性；（6）如果按照每張復(fù)印品所需價(jià)格計(jì)算，成本要低于其他半導(dǎo)體材料；（7）具有較低的暗阻率，暗衰減幅度大、速度快，帶電電位受到嚴(yán)重影響；（8）在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中穩(wěn)定性不高。

暗衰減特征：為了提高暗阻率，通常將一層樹脂絕緣薄膜覆蓋在其表面，從而起到阻擋電荷轉(zhuǎn)移的作用，經(jīng)改進(jìn)之后，暗阻值提高到1013～1014Ω/cm，在其表面將會(huì)形成能夠產(chǎn)生較高的靜電潛像的表面電位。硫化鎘暗衰減不僅速度慢而且較小，如果在相對(duì)時(shí)間內(nèi)能夠使其暗阻值保持不便，能夠大大提高電位差和工作電位。

表面電位：因?yàn)樵谄浔砻娓采w了一層透明絕緣層，所以只能通過(guò)逆充電方法實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣層表面正電荷的充入。這樣，其電位高低受到偏壓電位影響，兩者為直線正比關(guān)系，即偏壓高、表面電位就高；偏壓低、表面電位就低。充電電壓、表面電位和靜電電容為反比關(guān)系，即充電電壓高、靜電電容低、表面電位就高。

3.3 有機(jī)光導(dǎo)體

合理利用溶劑按照一定比例配比、混合所產(chǎn)生的光電導(dǎo)材料就是有機(jī)光導(dǎo)體，需要敷在基體表面，靈敏度比較高。有機(jī)光導(dǎo)體能將全部可見(jiàn)光譜吸收，其外觀呈現(xiàn)棕色，與黑色相似。目前，有機(jī)光電導(dǎo)材料種類非常多，在具體工作中，如果材料不能滿足要求，也可以選擇適當(dāng)溶劑按照一定比例進(jìn)行配比，通過(guò)合成方法使材料能夠滿足實(shí)際工作要求。從現(xiàn)階段，靜電復(fù)印機(jī)有機(jī)光電導(dǎo)材料中使用最廣的就是機(jī)能分離型有機(jī)光導(dǎo)體，該感光體感度范圍較廣，低、中、高、寬都有，與此同時(shí)，光譜的響應(yīng)范圍也比較寬，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，使用壽命也有了明顯提高。

有機(jī)感光鼓結(jié)構(gòu)形式較多，主要有單層、雙層以及多層，應(yīng)用最廣泛的是雙層結(jié)構(gòu)。雙層結(jié)構(gòu)有機(jī)感光鼓由載流子發(fā)生層和傳輸層、導(dǎo)電層以及片基四部分組成。機(jī)能分離指的就是由不同層承擔(dān)產(chǎn)生載流子機(jī)能和傳輸載流子機(jī)能。發(fā)生層的組成分為發(fā)生材料、粘合劑，將光子吸收完畢之后從而產(chǎn)生載流子。傳輸層的組成分為傳輸材料、粘合劑，主要任務(wù)是對(duì)發(fā)生層產(chǎn)生的載流子進(jìn)行接受和傳輸。導(dǎo)電基體的組成分為導(dǎo)電層、片基，對(duì)發(fā)生層、傳輸層起到接地和支撐作用。采用該結(jié)構(gòu)能夠分開(kāi)產(chǎn)生和傳輸機(jī)能，具有較高的載流子產(chǎn)生效率，所以感度也比較高。其特點(diǎn)體現(xiàn)在：（1）由于發(fā)生層和傳輸層是不同材料組成的，所有具有較寬的選擇面；（2）可以將該導(dǎo)體制成不同形狀，比如鼓式、片式等；（3）便于制作，能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)；（4）成本低；（5）無(wú)公害，滿足新時(shí)期節(jié)能環(huán)保要求。如富士施樂(lè)等各種多功能數(shù)碼復(fù)印機(jī)、打印機(jī)等使用的都是這種有機(jī)光導(dǎo)體。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章詳細(xì)介紹了三種比較常見(jiàn)的光導(dǎo)鼓，除此之外還有氧化鋅鼓等多種光導(dǎo)鼓，由于并不常見(jiàn)，所以未在文中進(jìn)行一一敘述。在靜電復(fù)印機(jī)中，光導(dǎo)鼓的作用就像心臟，復(fù)印機(jī)任何工作都是在其基礎(chǔ)上進(jìn)行的，如果沒(méi)有光導(dǎo)鼓，靜電復(fù)印機(jī)就是一個(gè)空殼，不具備任何功能。因此，只有對(duì)這些材料的特性做到足夠了解，才能提高復(fù)印質(zhì)量、操作水平和維護(hù)水平。

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