[Nazology x AIST，研究人员解决未解之谜]“起初我想制作一把光剑”两位科学家让静电“可见”
[Nazology x AIST，研究人员解决未解之谜]“起初我想制作一把光剑”两位科学家让静电“可见”
[Nazology x AIST 杂志研究人员正在解开未解之谜]“一开始我想制作一把光剑”两位科学家让静电变得可见
发布于 2025 年 6 月 4 日
采访和文字：Kei、Ken Uminuma，Nazology 编辑部
静电在我们身边无处不在，很多人可能会对此感到不舒服，尤其是在冬天，触摸门把手时会感到劈啪作响的疼痛。
我不喜欢静电的原因是，很难预测电荷在哪里积聚、积聚了多少电荷，以及何时会飞走，因为你看不到它。
然而，有研究人员让这种“静电”变得可见。
作为 Nazology 和 AIST Magazine 的合作项目，这次我们将聆听来自传感技术研究部的 Kazuya Kikunaga 和 Nao Terasaki 的研究人员。菊永先生和寺崎先生开发了世界上第一个静电发光传感技术，可以将不可见的静电可视化。
这次，我们将通过采访，一窥两位研究人员的思想和日常生活，看看先进的技术是如何实现的。
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AIST 和静电的发现
――感谢您今天抽出时间。这次，我们将听到一项使静电可见的有趣研究。
这项研究是通过结合电气工程和化学的不同研究领域实现的。你们两个度过了怎样的学生时光，又是如何开始这项研究的呢？首先，我想听听你们俩的简要历史。
菊永本科时我的专业是电气和电子工程，但在研究生院我专注于研究超导材料的物理特性和开发新材料，而不是电力。
――所以你在研究生院做了其他研究。您是如何从那里加入 AIST 的？
菊永我当时的大学教授与 AIST 的一名研究员有联系，他问我：“话题会稍微改变一下，但是你想参加 AIST 的招聘考试吗？”我就是这样加入公司的。从那时起我开始研究静电。
——原来如此，寺崎同学你呢？
寺崎我曾经是一名化学家，在大学时我研究过一种叫做仿生学的东西。在此期间，我正在研究光电转换，即将光转换为电。
另外，说到活动，我从学生时代起就很喜欢出去吃饭，也评论了各种各样的餐馆。这远远超过了论文的数量（笑）。由于我所做的就是到处吃，所以我的第二个主题是如何平衡节食和到处吃。当我还是学生的时候，我的体重大约是140公斤，但是当我第一次见到菊永先生时，我的体重减轻了大约65公斤。
---（笑）。
寺崎我也依靠熟人的关系，但当时材料科学研究所正在进行太阳能电池的高级研究。我决定去AIST，因为我认为我可以在做工业工作的同时做一些新的事情。
---你们都是通过大学教授和熟人了解AIST并加入该研究所的。
菊永是的。目前，有一种制度可以让你在学生身份下参加技术培训或作为研究助理，与 AIST 的研究人员一起进行研究。通过这些可以了解、体验AIST。
---现在，这是向这位静电专家提出几个问题的好机会。首先，经常有使用衬垫使头发漂浮的实验。然而，如果您摩擦 PVC 管并将其靠近乙烯基绳，它实际上会移动并漂浮。如何确定静电是吸引还是排斥某物？
菊永这是一个“电荷系列”，是一系列倾向于变成正电的物质和那些倾向于变成负电的物质，并且它会根据它们接触的情况而变化。这个电气化系列是经过实验研究和安排的。
例如，当您摩擦聚四氟乙烯和氯乙烯时，聚四氟乙烯变为负极，氯乙烯变为正极。
――有类似充电系列的东西吗？
菊永在前面的示例中，氯乙烯变为正极，但现在当您摩擦氯乙烯和丙烯酸时，氯乙烯变为负极，丙烯酸变为负极。因此，静电可能会变成正电或负电，具体取决于您摩擦的物体。
---这是否意味着即使在同一种物质中，正电荷和负电荷也可以改变？
菊永没错。最后，我认为难以理解静电本质的主要原因不仅在于电极性是正还是负，还在于它是如何分布的。此外，产生的静电量（静电荷）会因湿度而减少，也可能因环境因素而变化。我想这些都是导致病情总是蓬松、难以把握的原因。
如何消除静电？室内植物的效果出奇的好！？
---还有，说到静电，我想很多人在日常生活中都会遇到静电的问题，尤其是在冬天，会引起一阵阵的疼痛。我想知道是否有什么好的措施可以消除静电，因为静电会导致故障和事故。
菊永就像您下车或从椅子上站起来一样，最好在移动之前抓住一些金属物体并与其接触。原因是，在日常生活中，当我们接触某物时，当我们远离它时，就会产生静电。这称为剥离带电。
静电积聚的另一个原因是鞋子和衣服的组合。静电经常会积聚，尤其是在穿胶鞋时。
-所以你的鞋子就像一个电容器。如果您穿着胶底鞋在尼龙地毯上行走，就会积聚大量静电。
寺崎在进行研究时，你必须积累静电，而我知道菊永先生的身体很容易积累静电。当我看着菊永先生做实验时，我想，“哦，这就是我们储存静电的方式！”我实际上出汗很多，所以我不会产生静电。
——相反，从事研究的人也有这样的困难（笑）。
寺崎前面我提到静电积聚的方式取决于环境，而在雨季和冬季更难积聚静电。因此，我认为增加湿度是防止静电的好方法。
---这是否意味着我应该放一个加湿器之类的东西？
菊永没错。即使在生产现场，湿度水平也经常增加。即使这样，有时你也无法摆脱它。
--我之前提到过抓取金属，但是当我想要释放静电时，我应该触摸什么尺寸的金属？你能把螺丝取出来吗？
菊永这取决于容量。如果是小螺丝的话，根本就逃不掉。即使只是桌子的框架也是困难的。基本上，我认为最好坚持一些扎根的东西。
――没错。
菊永但是，如果将其接地，则存在因静电而损坏的风险。当您触摸体内积聚静电的接地物体时，电流会立即流向接地侧，从而导致断电。如果不接地，则不会储存电力，因此不存在电位差，因此不会折断。我想让你知道，你可以把一切都接地的想法是不同的。
——我不知道。
菊永另外，我经常听说在处理静电的领域，绝缘体有时会接地。然而，由于电流基本上不流经绝缘体，因此电荷只能从接地部分逸出。电荷在绝缘体各处积聚，因此积聚的静电状态无法消除。
这个概念还没有被很好地理解，或者更确切地说，我们经常在现场听到这些对策不允许电荷逃脱。回到日常生活中消散静电的话题，当你触摸金属物体并从椅子上站起来时，你正在消散电荷，但当你触摸绝缘体并站起来时，电荷不会转移。
--我明白了，所以在接触木头的时候这样做并没有多大意义。
菊永啊，木头实际上是一种导体，根据静电行业的说法，所以它可以导电。这是因为木材含有水分。
——是这样吗？因此，室内植物可能是消散静电的好地方。
菊永也许吧。
结合两个人的知识发现的“发光材料”
静电发光膜在受到电晕放电照射时会发光
---现在，我想听听你的研究。首先，我想请您告诉我们您是如何开始研究“可视化静电”问题的。
菊永正如我之前提到的，静电似乎是每个人都知道的东西，但却很难理解。在日常生活中，你可能会说“疼得要命”，但到了工业界，这就变得相当麻烦了。
就半导体而言，电子元件是由几伏电压驱动的。另一方面，静电具有几千伏的非常高的电压。如果施加这样的电压，电子元件就会被损坏，虽然电子元件只是简单损坏也没什么问题，但有可能会发生类似的事情，比如使用大量电子元件的汽车突然停下来。
---从工业角度来看，这是一个严重的问题。
菊永当然会采取对策，但在静电行业，同样的循环是“如果出现问题，采取一些对策，一旦问题解决了，另一个问题又会出现。”最终，我从“最大的问题是我们看不到静电”的想法开始研究，重点研究如何看到和测量静电。
――所以你被迫与一个看不见的敌人作战。旧技术有哪些特殊问题？
菊永静电会随着时间的推移而变化，对吧？因此，通常的做法是使用传感器测量状态，尽可能不改变状态，并创建人类可以识别的状态，例如在计算机屏幕上。门槛相当高，空间分辨率也完全没有，所以最后我有时会说：“虽然是用数字来表达，但我无法直观地理解它。”
我们这次开发的技术是一个巨大的突破，它使用了一种与静电碰撞时会发光的材料，使其肉眼可见。
寺崎我一直认为，“我认为最可怕的事情是当你认为自己知道某件事，但实际上你对此了解不多时。”我致力于可视化静电，因为我认为这种误解是一个问题。我还记得，当工业界人士来看我们的研究时，他们说：“没有技术可以让你直接看到静电，对吗？”然后脸上带着无奈的微笑离开。
由于我有荧光粉方面的背景，当像菊永先生这样研究静电的人来和我一起工作时，我的出发点是，“有没有可能电荷进入后不会发光？”
――你的意思是说，这是你因为来自不同领域而能够实现的观点吗？
寺崎我认为如果有电荷，发光材料就会发光，这是一个公认的理论，所以我与菊永先生交谈并决定寻找带电时会发光的材料。我仍然记得这一点，但我说，“这就是我想要开始使用的材料类型”，在我带来的大约 8 种材料中，其中一种非常闪亮。我记得那天我非常高兴并出去喝酒。
菊永当时我真的很兴奋（笑）。
寺崎如果他们能在这里熬夜做实验那就太酷了（笑）。
――是的！ （笑）我认为识别发光材料一定是一个非常困难的过程，但我觉得我一开始就找到了一个很好的答案。
寺崎是的。菊永先生是静电专家，我听说过关于电荷量的信息，所以我认为我们能够从“什么样的发光材料在这个量下起作用？”的角度来缩小我们的研究范围，我认为这是很棒的，我认为AIST的优势在于它可以获取这样的信息，如果只有其他专家倾听，就会错过这样的信息。
为了研究的未来和未来的研究人员
静电发光材料如何因静电发生器的电荷放电而发光
--我记得有一个视频展示了一个实验，当你将手指靠近荧光粉时就会发光，但当我观看它时，手指和荧光粉似乎相距很远。即使在那么远的距离它也会发光吗？
菊永这也让我们感到惊讶。 “为什么会发光！？”我问。
――噢，真的！ ？
菊永我想知道如果用静电打它它会不会发光，所以我把手指靠近它，她说：“它真的会发光！”经过思考，我提出了一个假设：电流在产生静电的区域和手指之间流动，但在尝试了各种方法之后，我无法得出任何其他解释。直到我发现了这种发光材料，我才意识到这种现象是可能的。
---所以，说到视频，你一开始并没有打算制作这样的东西，但结果就是这样。
菊永没错。对此，我最初的想法是制作一把能通过静电发光的光剑（笑）。
寺崎我确信每次我感到惊讶时，我们都会出去喝酒聊天。我们讨论了诸如“那件事真的发生过吗？”（笑）之类的事情。
菊永哦，是的（笑）。我无法解释，或者更确切地说，有很多违反常识的事情，我想，“哈，这可能会发生！？”我已经这样做了很长一段时间，担心，惊讶，并享受自己。
---光是听你说话，我就知道你很享受你的研究。顺便问一下，您对静电可视化研究的未来有什么展望吗？
菊永一个目标是将其应用于工业中。物体有很多种，但我觉得有趣的一个是移动性，比如汽车。当汽车行驶时，由于与空气的摩擦，车身上会产生静电，有报道称这会改变汽车的空气动力学特性。
因此，贴上静电消除贴似乎是有效的，但由于我不太清楚静电积聚在哪里，所以我猜想这就是我贴的地方。
然而，通过可视化静电，我们或许能够更有效地利用它来解决此类问题。
---我很高兴可视化静电可以提高燃油效率。最后，您对那些立志成为研究人员或对科学感兴趣的人有什么建议吗？
菊永作为一名研究员的工作充满了惊喜。基本上，我经常在仔细思考后进行实验，但当发生意想不到的事情时，我会兴奋地进行实验。当我享受做这样的实验的乐趣时，我很高兴我是一名研究员。不管怎样，我想如果我能向他们传达研究工作是有趣的就好了。
寺崎我认为每个人小时候都很兴奋。我想知道各种事情出了什么问题。但有时人们会说，“即使我想了，我也不明白，所以我还是放弃吧”，或者“这对我的生活没有用。”
但我认为我周围的小事带来的兴奋可能是我目前研究背后的驱动力。当我思考科学时，即使当我从一个角度看它时我不理解它，我也会想知道为什么，而当我从另一个角度看它时，它似乎是显而易见的。我想生活中也是如此。我想知道为什么？我希望你永远不会失去这种感觉。我想这会给你的生活带来兴奋。
我们可能没有太多机会了解研究人员的生活。
这次与我交谈的两个人都对他们的研究非常有趣和兴奋，他们能够利用各自的专业知识来克服他们可能无法单独解决的重大挑战。
您说问题很容易解决，但实际上，幕后似乎有很多艰苦的工作和反复试验。但不仅如此，他还强调了新发现的震撼和喜悦，充分传达了研究的乐趣和魅力。
为什么我们有时会向别人寻求帮助？当我面对我熟悉的问题时，我想牢记这一点。
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