电气石的环境功能属性及应用研究动态.doc

电气石的环境功能属性及应用研究动态
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电气石(Tourmaline)是电气石族矿物的总称，是以含硼为特征的铝、钠铁镁锂的环状结构硅酸盐矿物．结构式为Na(Mg，Fe．Mn，Li，AI)3AI6[Si6018][BO3]3(OH，F)4。根据不同的类质同像．可分为铁电气，镁电气石和锂电气石。电气石晶体结构为三方晶系，对称型为L33P，晶体常呈短柱状、长柱状或针状，柱面有纵纹，横断面呈粒球面三角形，集合体呈针状．纤维状或放射状．有时呈粒状或隐晶质块状，颜色随成分而异，有黑色(含Fe)．红色(富含Mn、Li、Cs)、褐黄色(含Cr)，无色透明的少见；玻璃光泽，硬度7～7.5，无解理，密度2.9～3.5g/cm3，具有热电性与压电性。电气石作为一种新型的工业矿物，在环保、电子、*、化工、轻工、建材等领域，由于矿物独特的性顷及产品的高附加值，受到世界各国的普遍重视。1电气石的自发极化效应1989年，日本学者Kubo发现并提出电气行具有永久性自发极化效应。电气石晶体在沿其三次对称轴的两端会积聚一定量的异性电荷．产生异性两极；Voigt检测了室温下电气石晶体的自发极化值，得到Ps=0.01lMC／cm2。一般认为．极化电荷的产生是由电气石具有的热电性和压电性引起的。当电气石晶体所处环境温度与压力变化时,晶体中带电粒子之间发生相对位移，正负电荷中心发生分离，晶体的总电矩发生变化，从而导致极化电荷产生。电气石的自发极化效应表现为，在电气石晶体周围存在着以C轴轴面为两极的静电场，场强E0=PS/2ε0据Voigt给出的PS值，得到E0=6.2×l06V/m。当电气石鼎粒很小时，电气石微粒的作用相当于一电偶极子，由于正负电荷作用相互抵消。在平行C轴方向电场强度最大，静电场随着远离中心迅速减弱，Er=(2／3)E0(a／r)3，a为电气石微粒半径,r为测点距中心的距离。由此可知，在电气石表面十几微米范围内存在10～104V／m的高场强。电气石的自发极化效应是永久性的，与其结构和成分密切相关。电气石晶体结构由[Si6O18]复三方环、[BO3]，[X-03(OH)]三重八面体组成(x为Fe2+、Mg2+，A13+、Li+、Fe3+、Mn2+)。构成[Si6O18]复三方环的六个硅氧四面体，角顶指向同一方向，被解释为其极性存在的本质原因。2电气石环境功能属性及应用电气石作为环境功能材料已得到国内外环境科学界的公认，在日本、美国、韩国、中国等国家，电气石用于居室等小环境的改善已实现了产业化。研究证明：由于自极化效应使得电气石具有一些环境功能属性，如在无源条件下可产生负离子；具有远红外发射功能，发射率可达0．93；电磁屏蔽功能；调节水的pH值至中性；活化水分子等。这些环境功能属性使得电气石具有广泛的应用。2.1电气石的红外辐射功能及应用红外线是电子波谱的一部分，其波长为0.76～l000μm，介于可见光与微波之间。按波长不同又分为近红外(0.76～1.50μm)、中红外(1.5～5.6μm)、远红外(8～14μm)和超远红外(15～l000μm)。如前所述，电气石同时具有显著的压电性与热电性，．即使在常温下，一旦环境压力或温度发生微弱变化，其内部分子振动增强，偶极矩发生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，当它向下跃迁至较低能级时，就以发射电磁波的方式释放多余的能量，其余的能量以光子形式被带走。因此，电气石向外界发射电磁波的动力来自于外界环境温度与压力的变化，该过程实质上是电气石与环境之间的能量交换。同济大学的杨如增、杨满珍等测试了天然黑色电气石的红外辐射特性，测试结果如下表所示。天然黑色电气石在还原性气氛条件下进行热处理后，可具有比远红外陶瓷粉更高的红外比辐射率值，其红外辐射峰值与维恩定律具有很好的对应关系，在室温下峰值辐射波长为9.5μm左右。天然黑色电气石的强红外辐射特性已引起人们的广泛关注。日本已利用天然黑色电气石开发出一系列科技产品，其中包括化妆品、空气净化、防辐射等产品。日本一家公司的一项发明专利是关于电气石在人造丝纤维中的应用，即人造丝纤维中含有0．05％～2．0％，颗粒直径不超过0.3μm的电气石颗粒。该纤维可以通过促进血液循环有效地增强人体生理机能，具体过程是将含有电气石颗粒(均匀分散在其中)的人造丝纤维溶液，纺织成纤维形状，而制得驻极体纤维。采用硅烷偶联剂对电气石进行改性试验，改性后的电气石与EVA、PP、PE等混合加工可以生产多种产品，如具有EVA树脂层的鞋袜材料、具有抗菌性能的电气石内衣等。日本大和纺