[科普中国]-电子照相术

“电子照相”这一术语，其内容未必是固定的，由于受到技术的进步以及学会的观点或研究人员的个人主观看法的影响，其含义可能发生变化，一般说来，它是将光、热、放射线、静电、磁、电化学等物理及化学现象组合起来；或者是单独地利用一种物理或化学现象，从各种对象摄取信息，并把它作为可见的图象记录下来的一种电子技术的总称。而且，还往往把利用光的场合，叫做“电子照相”、“电子记录”，把不用光的场合，叫做“静电记录”等来加以区别。另外，将这种工艺用于印刷技术中进行大量复制的情况下，把它叫做“电子复印”。1

电子照相术历史在国外，最初把光电导和静电现象配合起来的“卡尔森”（Carlson）方法叫做“电子照相”，后来，于1948年给予了新的名称叫做“干印术”（Xerography）。可是，与这一工艺过程相同的一些技术方法，除了照相使用“电子照相”的叫法外，还有“静电照相术”（Electrostatic photography），“静电电子照相术”（Electrostatic electrophotography），“电子复印”（Electrography）等术语也同样地应用起来。其次，随着技术的进步，还引进了除光、静电以外的一些物理现象，从而出现了和当初的方式方法相差很远的一些技术方法，可是，“电子复印”、“电子照相”、“干印术”等词汇，被作为整体的总称，仍然在使用着。

如前边所讲的那样，要取得关于“电子照相”的定义和分类问题的一致看法是困难的。作为一个例子，将美国IRE的分类法列于下表。

人们已经了解，作为光学效应和静电现象相配合的有代表性方法的“干印术”。

这一技术，自1937年和1938年由美国人C.F.卡尔森（Carlson）发明以来，约二十年间，主要在美国进行研究和试制。

巴特尔·梅默里尔学会（Battelle Memorial Institute）于1944年着手进行这一技术研究，1947年以后，和Haloid公司一起进入共同研究，在各方面的支援下，终于使干印技术发展起来，这就是被称为“硒静电复印”的一系列技术。

另一方面，美国无线电公司，在军方协助下，由C.J.扬（Young）、H.G.格雷格（Greig）

等研究人员研制成功一种以氧化锌为感光材料的叫做“氧化锌静电复印”（Electrofax）的技术。

这种“氧化锌静电复印”术，现在和“硒静电复印”术一起总称之为“静电印刷术”。另外，在使用硒及氧化锌以外的感光材料的情况下，只要工艺相同，也应该属于“静电印刷术”的范围。1

电子照相术分类电子照相术包括照相和在纸上生成持久的图象等。

下面我们将简要地介绍电子照相术中的静电复印，持久电导成象和光电成象技术。所有这些方法都利用了电荷储存效应。

静电复印静电复印机的心脏是一个敷上光导体板的圆柱体。静电复印必须经过下列步骤：首先使光导体板充电，然后将物象成在充电的光导体板上；由于光照强的地方电阻小，有利于已储电荷的泄漏，光照弱的地方则相反，于是依图象明暗分布在光导体板上生成一不为人们肉眼所见的电荷图象，称静电潜象。把一些带颜色的热塑性粉末撒在光导体板上，图象就显现出来。最后再设法将图象转移到纸上，加热后，图象就固定在纸上面完成了静电复印过程。

持久的感应电导成象方法一些电介质在可见光或其他射线照射后，电导将会显著增加。这种增加的电导称为感应电导。利用感应电导会保持很长一段时间的效应可以成象。只要这种介质在物象下“感光”，一个感应电导潜象随即生成，将这潜象保持在黑暗环境下，可用于持久的印刷。应该注意，感应电导潜象不同于静电复印中的电荷潜象。但是，如果用电晕放电方法对电导潜象放电，则电导高的区域保留的电荷少，而电导低的区域保留的电荷多，通过静电复印的显象，即可出现正常的物象。

还有一个商品化的显象方法，是用电解质显象。将电导潜象板作为一个电极，由子电解质仅在电导区域沉积。不同电导区电解质沉积的密度不同，也可达到显影的目的。

光致介电成象这种成象过程不同于上述的两种过程，其工作原理示于下图。一个光导体放在电介质表面，但留有很小的气隙。光导体在物象光线的照射下，形成与图象明暗相应的不同的导电区；光照强的区域电导率高，光照弱的区域电导率低，因而也形成一电导潜象。如果在光导体与电介质之间加上电压，光导体上电导率高的区域下方的气隙放电较强，在介质表面沉积较多的电荷，而整个表面沉积电荷的密度将随图象而变。通过显象，即可得到可见图形。2

电子照相术成像原理静电照相与其他已知的照相过程根本不同。在处理中不涉及化学反应。它在本质上是一种干的光电过程，与银盐乳胶不同，静电照相感光板在操作中不必是消耗的。感光板可以反复曝光数百次甚至数千次。

用静电照相方法来产生相片或复印品通常包括五个步骤：

通过充电使静电照相感光板敏化；

使感光板曝光形成静电潜象；

用精细粒子使潜象显影；

将已显影的图象转印到纸或其他材料上；

用热熔法固象（定影）。

把感光板清洁之后还可以重复使用来复制其他内容。这五个步骤在上图中做了说明。

用静电照相方法进行复印，首先要使静电照相感光板敏化。敏化一般通过将感光板曝露在电晕放电的气氛中来进行。用高压电源给与电压的电晕放电装置，在静电照相感光板上方移动，将电荷（离子）均匀地喷洒在光电导膜上。这种操作必须在暗处进行，而且从电晕充电到板上潜象显影这段时间内，感光板必须避光。否则，电荷会从表面跑掉。在已敏化的情况下，感光板在照相机内或用接触曝光法曝光，或用投射法曝光。下图说明感光板上静电潜象的形成情况。光线射到板上的任何地方，电荷都从板表面跑掉。但是，在感光板未受光影响的图象暗区，电荷仍然保留着。而且，任何区域所保留的电荷量都与曝光量成反比。因此，曝光之后，感光板上就存在一个曝光对象的静电潜象。这就是电子照相术成像的基本原理

如前所述，静电照相术的一种改进形式-直接式静电照相术（Electrofax）利用纸基感光板，潜象的形成、显影和固象均在同一板（纸）上，省略了转印步骤。3

间接式电子照相术步骤在光电导表面的制备中，在导电基材上沉积一层薄的光电导材料。这可通过光电导材料蒸汽喷涂或用光电导粒子在树脂粘合剂中的悬浮体涂在基材上来完成。光电导涂层是能在黑暗中长期地保持沉积电荷的优良绝缘体。光电导这个术语意味着当曝光时光电导层的导电率能提高几个数量级，导致光照射区上的电荷迅速消失。典型的光电导材料有

无定形的硒；

分散在树脂粘合剂中的硫化镉；

分散在树脂粘合剂中的氧化锌；

有机光电导材料。

重要的新型光电导体有硒合金（硒-碲与三硒化砷）和主要以聚乙烯咔唑为基础的有机聚合物，其中硫化镉-树脂涂层用在Canon和KatsuraSawa的电晕控制法上。无机光电导材料和聚合物薄膜的结合巳用在Matsush所开发的多层光敏元件中。

光电导表面的敏化硒鼓上的光电导表面由于受到电晕放电作用而敏化。利用提高到大于地线几千伏电位的细金属丝的放电而产生的离子，在硒鼓表面上形成均匀的静电电荷。硒鼓复印层在充上电荷以前一直是惰性的。因而它可以重新使用以得到多份复制件。

充电表面的曝光将充电的光电导鼓放在要复制文件的反射光中曝光。采用简单的光学装置即可进行放大，缩小或进行同样尺寸的复印。原稿的未印刷区将光反射到硒鼓，造成这些区域的静电电荷的迅速消失。较黑的印刷区反射的光小得多，在硒鼓表面留下了相当于原稿印刷情报区的电荷，这就是在硒鼓表面上的电荷图，称为潜象，它构成了硒鼓静电复印的基础。

图象的显影当曝光的硒鼓复印版被带有相反符号的摩擦电荷的有色调色剂微粒淹没时，形成了可见的图象。硒鼓的放电区域不受调色剂微粒的影响，而潜象则吸引并抓住了相反电荷的调色剂粒子。

调色剂中含有分散在热塑性树脂粘合剂中的着色颜料（通常是炭黑）。大多数硒鼓复印机采用干粉，在干粉中，当调色剂在搅拌时与带电不同的显影剂物质的大粒子紧密接触、摩擦生电而使粒子带电。通过显影剂和调色剂间的电荷的再分配，使调色剂粒子带电。有的复印机采用磁色调色剂粒子20，利用磁场将调色剂传递给硒鼓，并从无图象区除去调色剂。有时还把干的润滑剂加到干的调色剂中以帮助转移和清洁操作。少数复印机采用液体调色剂24，这是一种分散在绝缘液体中的调色剂粒子悬浮液。用化学方法配制的电荷引导材料通过化学吸附的离子使调色剂粒子带电。几乎所有物质的微粒当分散在绝缘液中，由于粒子与连续相液体间的界面上产生接触电位的结果而获得电荷。然而，对标准的液体调色剂来说，在粉碎过程中，需将电荷引导剂或电荷控制剂加入到调色剂内，以保证均匀的和有控制的粒子电荷的极性。树脂或油类已经用来作为电荷控制剂；它们吸附在调色剂粒子的表面，并通过在液体分散剂中离子双电层的形成而得到电荷。在液态碳氢化合物分散剂中的调色剂粒子由于电泳力的作用而被吸引到潜象上。

硒鼓复印图象的转移将显影的图象转移到接收基材上，是通过将一张纸放在显影的图象上，并在其背面进行电晕放电而完成的。如果转移电荷强于硒鼓复印版上的潜象电荷，则调色图象被转移到纸上，并在纸离开硒鼓时仍保持着图象。不论采用粉末的，液体的或磁性粉末的调色剂，图象转移的原理都是相同的。然而，每种调色剂对接收纸性质的要求则有所不同。

图象的定影含有转移图象的纸要经受一种称为“定影”的处理，定影使调色剂粒子熔化并将它们永久固定在纸上。定影操作是利用辐射能形式的热、热辊，压力或者热与压力结合使用来完成的。

光电导表面的清洁硒鼓复印的最后一个步骤是使光电导表面复原以便再用，这-—过程包括覆盖层曝光以除去所有的电荷和一个净化工序以除去未用的调色剂粒子。一般的粉末系统用刷子除去调色剂；磁性调色系统用强大的磁场；液体调色系统则通过用新鲜调色剂冲洗然后用刮板来清洁鼓面。4

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所