电气石的环境功能属性及应用
电气石的广泛应用
电气石的广泛应用由于电气石具有压电、热电、偏光、多色性能等特点，可以应用于诸多领域，主要包括：环境保护：电气石能与带电粒子发生反应，它可以吸附空气中的粉尘．处理工厂废气，净化水质、处理污水，中和水中的酸碱，可用于酸雨、土壤酸化治理等。
饮用水的净化：人们日常饮用的水，存在氢键，所以导致水分子的活性降低和老化，不利于人体健康。
电气石的远红外线可以与水中的氢键发生共振，使得氢键断裂，水分子团变小，增强了水的能员，提高了水分子的活化性。
人体保健：电气石可以使空气中的负离子增加，释放出波长今4-14μm的远红外电磁波。
影响人体中白血球的活动，抑制不饱和脂肪酸的变化，改善血液循环。
具体的表现为改善肺器官功能，改善呼吸系统绒毛的清洁工作效率。
电气石有很强的氧化还原作用，能破坏细菌的细胞脱或细胞原生质活性两的活性。
从而达到抗菌杀菌的作用，因此电气石被广泛应用于美容、医疗行业。
涂料：电气石用于室内装饰涂料，可以净化室内空气。
电气石与有机硅烷树脂合成的涂料，用于中高档汽车上，既提高汽车外皮的耐酸性和耐溶剂性，又可以净化车内空气。
电气石还可以用于远洋船只的防护涂料，它能吸附阴离子，并且通过对水的电解形成单分子膜，从而阴止海洋生物附在船体卜生长，从而增强船体的杭腐蚀能力。
电子工业：电气石可以用作生产无线电工业用的波长调招器，偏光仪中的偏光片。
结品完好、无弯曲、无裂纹的电气石，可作侧定空气和水中的压电计。
标准测试利料、仪器和工业设备上的元器件：在硼的试验中，由于电气石本身就是一种情性的含硼化合物，所以它可以作为一种控制物质。
在检测肥料中水溶性硼的影响实验中，电气石可以作为标准。
许多科学和工业仪器使用电气石，即电气石钳，能显示出光的偏振。
由于电气石的热电性和压电性，在加热或压缩时都能产生电，所以它是测最高压和流体压缩性仪器的主要部件，早期的测最辐射气强度的热剂量计，也是依赖于电气石的热电性特征。
电磁波防护器：在一项实用专利（CN 2358663Y)中，介绍了一种有效电磁防护器，它包含电气石层，不但可以防止有害电磁波侵袭人体，还将其转化为对人体无害的远红外线。
电气石的特性及其在健康与环保领域的新用途
电气石的特性及其在健康与环保领域的新用途摘要：电气石具有永久性自发极化效应，其极化值不受外界电场影响。
已经证实电气石颗粒周围存在静电场，而且电气石颗粒能够释放负离子和发射远红外线。
利用电气石的这些性质，可将电气石应用于环境与健康领域，如水处理环保涂料及健康衣料等。
因此电气石是一种很有前景的天然绿色环保材料。
关键词：电气石；环保与健康；应用电气石具有独特的电学性质，是指其既有压电效应又具有热电效应的性能，这是由其特殊的晶体结构决定的。
电气石晶体内部结构具有唯一的极轴（也称电轴），其方向与晶体柱状延长方向一致。
当压力或温度变化时，其内部由于总电矩发生变化，在极轴方向的两端产生符号相反数量相等的电荷，构成静电场——自发极化效应，前者称为压电效应，后者称为热电效应。
电气石各种新用途的开发应用，都是基于这一特性为依据的。
研究表明，电气石具有产生负离子，产生生物电级微电流及发射远红外等性能，对人体健康与环境保护有极其重要的作用。
一、电气石发射远红外线的特性电气石具有压电效应和热电效应的双重特性，当压力、温度变化时，其晶体内部质点发生强烈振动，产生波长4～l 4um，发射率0．92以上的远红外辐射。
人体是一个天然辐射体，同时又是一个良好的吸收体。
人体对远红外线的吸收有2．5～4um，5．6～lOum两个吸收峰。
根据匹配理论，当红外线波长和被辐照物体的吸收波长相对应时，物体分子产生共振吸收。
电气石发射4～14um的远红外线，恰好与人体吸收相匹配，形成最佳吸收。
因此，电气石发射远红外的特性，在医疗保健方面得到广泛的应用。
二、电气石在人体健康方面的作用促进和改善血液循环.电气石远红外线作用于皮肤后，大部分能量被吸收转换为热能，引起皮温升高，刺激皮肤内热感受器，通过丘脑反射，使血管平滑肌松弛血管扩张，血液循环加强。
另一方面，由于热效应，引起血管活性物质的释放，血液循环得以改善。
需要特别强调的是，关于改善微循环的作用。
电气石实验报告
一、实验目的1. 了解电气石的基本性质和特点；2. 掌握电气石在电气设备中的应用；3. 分析电气石在不同环境下的性能变化；4. 研究电气石在电气设备维护和修复中的作用。
二、实验原理电气石（也称为电气石矿物）是一种具有特殊电学性能的矿物，其主要成分是硼硅酸钙。
在特定条件下，电气石能够导电，因此被广泛应用于电气设备中。
本实验主要研究电气石在电气设备中的应用，包括导电性、耐压性、绝缘性能等。
三、实验设备与材料1. 实验设备：万用表、电源、电阻、电容器、电感器、电气石样品等；2. 实验材料：纯水、硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠等。
四、实验步骤1. 电气石样品的采集与处理：采集电气石样品，清洗并干燥；2. 电气石导电性测试：将电气石样品与电阻、电容器、电感器等元件串联，测试其在不同电压下的导电性；3. 电气石耐压性测试：将电气石样品与电源、电阻、电容器、电感器等元件串联，测试其在不同电压下的耐压性；4. 电气石绝缘性能测试：将电气石样品与电阻、电容器、电感器等元件串联，测试其在不同频率下的绝缘性能；5. 电气石在不同环境下的性能变化测试：将电气石样品放置在高温、低温、潮湿、干燥等不同环境下，测试其导电性、耐压性、绝缘性能等性能变化。
五、实验结果与分析1. 电气石导电性测试结果：电气石在低电压下具有良好的导电性，随着电压的升高，导电性逐渐减弱；2. 电气石耐压性测试结果：电气石在较高电压下具有良好的耐压性，但超过一定电压后，耐压性会急剧下降；3. 电气石绝缘性能测试结果：电气石在较高频率下具有良好的绝缘性能，但在较低频率下绝缘性能较差；4. 电气石在不同环境下的性能变化测试结果：在高温环境下，电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所下降；在低温环境下，电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所提高；在潮湿环境下，电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所下降；在干燥环境下，电气石的导电性、耐压性、绝缘性能均有所提高。
六、结论1. 电气石具有良好的导电性、耐压性和绝缘性能，在电气设备中具有广泛的应用前景；2. 电气石在不同环境下的性能变化与其电学性能密切相关，因此在实际应用中应充分考虑环境因素；3. 电气石在电气设备维护和修复中具有重要作用，可以有效提高设备的可靠性和稳定性。
电气石的功效与作用
电气石的功效与作用
电气石是一种具有特殊能量的矿石，被认为具有一定的功效与作用。
以下是关于电气石的功效与作用的介绍：
1. 能量平衡与净化：电气石被认为能够吸收身体周围的负能量，并将其转化为正能量，从而平衡人体能量场。
同时，电气石还能够净化身体和周围环境中的负面能量，提高能量的流动性和纯度。
2. 增强记忆力与专注力：电气石被认为能够刺激和增强大脑中与记忆力和专注力相关的区域，提高思维的清晰度和敏锐度。
因此，佩戴电气石可以帮助提高记忆力和专注力，增强学习和工作效率。
3. 缓解焦虑与压力：电气石被视为具有安抚和稳定情绪的效应。
它可以减轻焦虑和压力，帮助平静和放松身心。
因此，佩戴电气石可以缓解紧张和压抑的情绪，增加内心的宁静和平衡感。
4. 促进睡眠与提高睡眠质量：电气石被认为能够对抗失眠和睡眠问题。
它能够平衡身体能量，净化睡眠环境，并提供安定的能量场，从而帮助身体和心灵进入放松和入睡状态。
因此，佩戴电气石可以促进良好的睡眠，并提高睡眠质量。
5. 增强人体免疫力：电气石据说具有提高人体免疫力的效果。
它可以提高身体的自愈能力，增强免疫系统功能，对抗疾病和病毒入侵。
因此，佩戴电气石可以增强身体的健康与抵抗力。
需要注意的是，以上所述的电气石的功效与作用仅为个人信仰和经验总结，并没有科学的证据支持。
此外，电气石也并非一种替代医疗手段，不能替代医生的诊断和治疗。
若有身体或心理上的健康问题，建议及时咨询专业医生。
电气石的五大功能
电气石的五大功能一、能永久的释放负离子常识告诉我们，当你在风景优美的山林、海滨、湖泊、瀑布边驻足时，当雨过天晴后，你会感到呼吸舒畅，心旷神怡，这是因为，这里的空气中含有大量的负离子，致使空气特别清新。
而当今世界工农业大规模的持续发展，人口膨胀森林植被大面积遭破坏，生态平衡失调，造成气候异常，人类生存环境空气遭受严重污染。
据统计，全世界每年要向大气排放6-7亿吨多种有害物质，其中有1亿吨煤烟粉尘，1.5亿吨二氧化硫，还有氧化氮、一氧化碳、氢化物等。
众所周知，空气污染直接危害人类健康，引起多种疾病，甚至能夺去人的生命。
在历史上英国伦敦发生过重大煤烟污染事件，SO2最高浓度达1.34PPm，4天时间死亡人数达4000多人，人们把造成这次灾难的烟雾称为"杀人的烟雾"。
因此人们"还我空气"的呼声不仅在发达国家就是在发展中国家也越来越高，解决空气污染早已成为当今世界要解决的重大问题。
二、释放远红外线有较强的渗透力和辐射力，具有显著的温控效应和共振效应，它易被物体吸收并转化为物体的内能。
远红外线被人体吸收后，可使体内水分子产生共振，使水分子活化，增强其分子间的结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞处于最高振动能级。
由于生物细胞产生共振效应，可将远红外热能传递到人体皮下较深的部分，以下深层温度上升，产生的温热由内向外散发。
这种作用强度，使毛细血管扩张，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增加组织的再生能力，提高机体的免疫能力，调节精神的异常兴奋状态，从而起到医疗保健的作用。
红外线是在所有太阳光中最能够深入皮肤和皮下组织的一种射线。
由于远红外线与人体内细胞分子的振动频率接近，“生命光波”渗入体内之后，便会引起人体细胞的原子和分子的共振，透过共鸣吸收，分子之间摩擦生热形成热反应，促使皮下深层温度上升，并使微血管扩张，加速血液循环，有利于清除血管囤积物及体内有害物质，将妨害新陈代谢的障碍清除，重新使组织复活，促进酵素生成，达到活化组织细胞、防止老化、强化免疫系统的目的。
电气石加热后的作用
电气石加热后的作用电气石是一种具有特殊热效应的材料，它能够在受到外界热能的作用下产生一系列有益的效果。
本文将从不同的角度探讨电气石加热后的作用。
1. 保健作用电气石加热后可产生远红外线辐射，这种辐射能够渗透人体皮肤，激活细胞，促进新陈代谢，增强机体免疫力。
远红外线还能加速血液循环，促进新陈代谢，缓解疲劳，改善睡眠质量。
因此，使用电气石加热的产品，如电气石床垫、电气石按摩器等，能够为人们提供温暖舒适的睡眠环境，促进身体健康。
2. 美容作用电气石加热后产生的远红外线能够加速血液循环，增加皮肤的氧气供应，促进胶原蛋白的生成，提高皮肤弹性，减少皱纹和细纹的出现。
同时，远红外线还能深层清洁皮肤，促进毛孔排毒，改善肌肤质地。
因此，使用电气石加热的美容仪器，如电气石蒸脸仪、电气石美容床等，能够帮助人们保持年轻健康的肌肤。
3. 物理治疗作用电气石加热后的远红外线对于一些慢性疼痛的缓解具有良好的效果。
它能够促进血液循环，舒缓肌肉疼痛，减少关节炎和风湿病的疼痛。
此外，远红外线还能够促进伤口愈合，加速组织修复，对于一些慢性创伤和疤痕恢复有一定的帮助。
因此，电气石加热产品在物理治疗领域有着广泛的应用，如电气石理疗仪、电气石热敷贴等。
4. 空气净化作用电气石加热后产生的负离子能够吸附空气中的颗粒物、细菌和病毒等有害物质，起到净化空气的作用。
负离子还能够中和空气中的静电，改善室内空气质量，减少空气污染对人体健康的影响。
因此，电气石加热产品在空气净化领域有着广泛的应用，如电气石空气净化器、电气石负离子发生器等。
5. 能量平衡作用电气石加热后能够产生负温度系数效应，即温度升高时电气石的电阻下降。
这种特性使得电气石能够在加热过程中吸收周围环境中的热能，形成一种能量平衡。
这种能量平衡作用能够调节人体的能量场，有助于提高人体的自愈能力和自我调节能力。
因此，电气石加热产品被广泛用于能量疗法领域，如电气石能量宝、电气石能量项链等。
电气石加热后具有保健、美容、物理治疗、空气净化和能量平衡等多种作用。
电气石环保矿物材料
电气石环保矿物材料电气石是一类环状硅酸盐矿物，除硼元素外，一般还含有钠、镁、铁、锂、铝等元素。
相对于宝石，电气石作为保健和环保矿物功能材料更受人欢迎，被誉为“环境警察”“空气维生素”“大气长寿素”。
我国电气石资源丰富，成矿类型齐全，分布范围广泛。
全国除上海、天津、重庆、宁夏、江苏、海南及香港、澳门、台湾等省市外，其余二十五个省市均发觉有电气石矿物的产出，其中内蒙、新疆、云南、广西、山东和辽宁等地为重要产地，开采的电气石矿产品质优良。
1、电气石的环境功能属性（1）热释电效应热释电效应最早是在电气石晶体中发觉的。
1717年，证明白电气石的热释电效应。
热释电效应是指晶体在加热或冷却的条件下，由于自发极化的相应变化而使晶体表面产生静电荷。
电气石的热释电系数与温度有关，当温度上升时，热释电系数也随之加添。
另外，电气石晶体内的铁元素对晶体的热释电效应具有负作用，例如黑色电气石（富含Fe）则几乎检测不到热释电效应。
（2）压电效应对电气石施加沿极轴方向的压力会在晶体内部形成偶极矩，从而产生电压；或者在极轴方向两端施加电压，会在该方向上产生肯定的压力。
压力大小与电压高处与低处成正比。
（3）自发极化效应电气石是地球上唯一带有永久电极的晶体，是大自然奉献给人类的天然电池。
电气石晶体的自发极化效应表现为晶体四周存在着以ｃ轴轴面为两极的静电场，具有永久带电和永久保持着正极和负极的特征。
（4）红外辐射特性内子偶极矩的变化会把分子激发到高能级，当它向下跃迁时，多余的能量便会以红外辐射的形式释放出来。
因此环境温度与压力的变化是电气石向外界辐射电磁波的动力，这一过程实质上是电气石与环境之间的一种能量交换。
电气石发射的远红外线波长在4～14m，恰与人体发射出来的热能波长相匹配，因此能够促进人体健康。
同时这种远红外线也能够活化水，提高TiO2光催化活性。
（5）释放负离子特性电气石晶体的永久性电极使其具有释放空气负离子的特性。
电气石晶体在释放空气负离子的过程中不耗能，不产生臭氧或活性氧分子，具有杀菌、除臭、调整人体生理平衡、活化人体细胞等作用，绿色环保。
电气石——精选推荐
电气石1、电气石名称：电气石俗称碧玺、碧茜，又译为托玛琳，由于电气石具有热电性及压电性，容易因静电效应而带电，因而得名。
2、电气石成分：电气石是以含硼为主，还含铝、钠、铁、镁、锂等元素的环状硅酸盐矿物，主要化学成分为 SiO2 、TiO2、 CaO、 K2O 、LiO 、Al2O3、 B2O3 、MgO 、Na2O、Fe2O3 、FeO 、MnO 、P2O5等。
电气石主要成分有镁、铝、铁、硼等10多种对人体有利的微量元素，而且它是一种结构特殊的极性结晶体，自身能长期产生电离子，并永久释放空气负离子和远红外线。
3、电气石性质：电气石成分复杂颜色多变，电气石颜色品种非常多，可谓丰富多彩。
主要有黑色电气石、红色电气石、绿色电气石、蓝色电气石、褐色电气石和灰色(或无色)电气石，还有各种过渡色调：粉红色、玫瑰色、橙红色、紫红色、浅绿色、深绿色、蓝绿色等。
电气石晶体呈柱状、单晶多为三方柱、六方柱、单锥、复三方锥，常见矿物形态有粒状、针状、丝发状，集合体呈脉状、放射状和纤维状等。
玻璃光泽；全透明—半透明；硬度7~7.5；密度3.0~3.25；熔点1105~1725℃。
4、电气石用途：电气石是目前世界上唯一一种具有压电和热电效应的宝石，不仅可以促进人类健康，而且对环境保护也起到积极作用。
4.1 电气石在水处理方面的应用电气石对水的作用主要体现在两方面：一是电气石对水中重金属离子的吸附，二是电气石可对水分子团缔合度的降低。
将电气石粉制成各种颜色、形状电气石陶粒，用于净化矿化容器中，既美观，又保健，可以除去自来水的氯气，从而改变水的酸度，同时也可过滤水中的各种有害元素，释放多种对人体有益的微量元。
用于水处理的电气石陶粒4.2 在电磁屏蔽方面的应用电气石作为一种新型的环境净化材料，由于其独特的自发极化性能，有一定的导电性和磁性，可将其运用于电磁屏蔽领域。
电气石可与空气中的水分子发生反应，形成阴离子，中和辐射发出的阳离子，以阻碍电磁波的传播。
210998495_电气石的功能属性及应用
【开发利用】王光华，董发勤（西南科技大学材料科学与工程学院，四川 绵阳 621010）摘要：电气石颗粒周围存在静电场，永久性自发极化效应使其具有热电性、压电性、天然电极性、辐射红外线、释放负离子等性能。
开发电气石的功能属性，将其应用于环境保护、医疗保健、电磁屏蔽等领域，将产生巨大的经济和社会价值。
关键词：电气石；自发极化；表面电场；红外理疗；电磁屏蔽；环境保护中图分类号：P578.953;X703 文献标识码：A 文章编号：1007-9386(2007)05-0009-03Functional Properties and Application of TourmalineWang Guanghua, Dong Faqin(Department of Material Science and Engineering, Southwest University ofScience and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, China)Abstract: Tourmaline is one of most important functional minerals. Tourmaline possess of natural permanent polarity and not is affected by additional electric field, some research testify that tourmaline can form electric field around its particles. In addition, tourmaline particles have some functional properties such as thermoelectricity, piezoelectricity, natural spontaneous polarity, radiate far-infrared ray, release anionic etc. Investigate and exploit tourmaline’s these functional properties, and apply it to environmental protection, medical treatment, electromagnetic interference shielding etc, it has great social and economical value in protecting environ-ment and promoting people’s health.Key words: tourmaline; spontaneous polarity; surface electric field; infrared treatment; electromagnetic shielding; environmental protection研究证明：电气石在无源条件下可产生负离子；远红外发射率可达0.93；含有电气石粉体的导电复合涂料在30MHz～1GHz范围内，电磁屏蔽效能可达16dB以上；调节水的pH值至中性；活化水分子等。
电气石性能与环保领域的产品开发应用
环境保护 电气石性能与环保领域的产品开发应用巫静1,吴春龙1,黄绳纪1 ,施逸周2(1广州市环境保护科学研究所510620;2宇能科技发展有限公司523411) 摘 要:电气石是以含硼元素为特征的Al、Na、Fe、Mg、Li的环状结构硅酸盐矿物。
随着所含各元素的差异和所处环境条件的不同,使电气石具有自发电极性、热电效应、压电效应、对水分子进行活化、对带电离子进行吸附、远红外线辐射效应、释放负离子的功能和特性。
它在当今社会的各个新领域具有创新性的用途,在环保方面是很好的“环境友好材料”。
关键词:电气石;水分子活化;离子吸附;远红外辐射;释放负离子Property of Tourmaline and the Development and Applicationof Environmental Protection ProductW U Ji ng,W U Chun2long,HUA N G S heng2ji,S HI Yi2z hou(1Guangzhou Research Institute of Environmental Protection Science,Guangzhou 410620;2Yu Neng Scientific and Technical Development Co.,Ltd,Guangzhou 523411,China) Abstract:Tourmaline is a kind of silicate mineral with ringed(molecular)structure including elements of Al,Na,Fe,Mg,Li and with characteristic element B.According to these elements’different surroundings and quantity,tourmaline has the characteristics and functions such as s pontaneous electrical polarity,thermoelectric, piezoelectric,water molecule activation,ion with electric adsorption,far infrared radiation and anion releasing. It can be utilized in many new fields,especially in environment named“an environmental friendly material”.K ey w ords:tourmaline;water molecule activation;ion adsorption;far infrared radiation;anion releasing 电气石在我国古代称为碧玺,属于天然矿物,有黑、红、绿、黄、紫、灰等多种颜色,历代用于首饰为主。
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电气石的环境功能属性及应用3董发勤,何登良,袁昌来(西南科技大学,四川绵阳621010)摘 要: 电气石具有永久性自发极化效应,由于电气石颗粒周围存在静电场,从而使电气石具有发射远红外线、释放负离子、电磁屏蔽和水处理等优良的环境功能属性。
本文概述了电气石的远红外、释放负离子、电磁屏蔽、水处理等环境功能属性以及当前国内外在这些领域的应用研究动态。
阐述了电气石矿物物化特性与应用之间的关系,并展望电气石的应用前景。
关键词: 电气石;环境功能性性;应用中图分类号: TB34文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)10214852041 引 言电气石(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、Al)3Al6(Si6O18) (BO3)3(O H,F)4。
根据不同的类质同像,可分为铁电气石、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[1]。
电气石作为一种新型的工业矿物,在环保、电子、医药、化工、轻工、建材等领域,由于矿物独特的性质及产品的高附加值,受到世界各国的普遍重视。
2 电气石的自发极化效应1989年,日本学者Kubo发现并提出电气石具有永久性自发极化效应[2]。
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P s=0.011MC/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=P s/2ε0,据Voigt给出的P s 值,得到E0=6.2×106V/m。
当电气石晶粒很小时,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,在平行于c轴方向电场强度最大,静电场随着远离中心迅速减弱:E r=23E0ar3 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]三角、[X2O5(O H)]三重八面体组成(X为Fe2+、Mg2+、Al3+、Li+、Fe3+、Mn2+)。
构成[Si6O18]复三方环的6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[3]。
3 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[4]。
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p H值至中性;活化水分子等[5]。
这些环境功能属性使得电气石具有广泛的应用。
3.1 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0.76～1000μm,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(15～1000μm)。
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、杨满珍等人测试了云南、湖3基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2001AA322070);教育部优秀青年教师项目“环境矿物材料与工程”资助项目(2002383)收到初稿日期:2005203201收到修改稿日期:2005205208 通讯作者:董发勤作者简介:董发勤 (1963-),男,陕西扶风人,博士、博导,长期从事环境协调材料研究。
南、内蒙古、新疆天然黑色电气石的红外辐射特性,其比辐射率值均介于0.90～0.92,好于远红外陶瓷(0.890～0.91)。
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料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[6]。
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的增强人体生理机能,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[7]。
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。
日本大和纺织将放射性矿石微粉与远红外微粒按一定比例混合后,经整理附着于织物上,开发了“ION INA”新产品。
这种方法使织物具有负离子和远红外双重效果,其床单产品经使用检测,证明对被检测者脑电波中的α波产生抑制,因此对一些慢性病有较好的辅助疗效。
我国台湾省工研院化工所与庆祥光波公司,利用纳米技术和光波远红外原料,共同开发出纳米远红外纺织品[8]。
在专利U S6798982中,研究人员将白云母、电气石和镧系元素混合制备成衬垫包裹在电热线周围,当电热线受热时,远红外线和空气负离子就会从电气石衬垫中不断地释放出来。
这种电气石衬垫具有广泛的用途[9]。
在专利WO2004075986中涉及了一种远红外发生器,它由稀有元素和电气石组合而成,能够有效产生远红外线,可以用于人体保健和加热保暖[10]。
中国专利CN1467313中,利用电气石和纤维合成一种远红外功能纤维,电气石的质量分数为1%～8%,粒度在120～180nm之间,这种纤维具有较高的健康效应[11]。
在专利KR2002090615和KR2002067197中研究人员研制了一种含有电气石的远红外橡胶板和结晶陶瓷,这两种材料能够有效地释放远红外线,在人体保健、远红外加热方面的应用具有广阔的前景[12,13]。
我国新疆、内蒙古和云南等地发现了丰富的黑色电气石资源,虽然宝石级电气石的首饰应用已有悠久的历史,但是,对天然黑色电气石功能的开发应用还只是处在开始认识和少量生产阶段,有关电气石的红外辐射特性等功能利用与开发的理论研究远落后于实际生产。
3.2 电气石释放空气负离子功能及应用温度和压力变化引起的电气石晶体之间的电势差,能够使其周围空气中的水分子发生微弱的电解作用;4H2O电解O H→H+,氢离子由电气石电极之间的微弱电流中得到电子:2H+2e H2↑ 氢氧根离子与水分子结合形成空气负离子[14]:O H+n H2O O-H(H2O)n 根据大地测量学和地理物理学国际联盟大气联合委员会采用的理论,空气负离子的分子式是O2 (H2O)n,或O H—(H2O)n。
负离子的生物效应有:(1)使氧自由基无毒化;(2)使体液呈弱碱性;(3)使空气质量得到改善;(4)负离子对促进健康有直接效应;(5)负离子对人体各系统有直接生理效应;(6)负离子对疾病有辅助治疗和康复作用。
空气负离子的作用已被广大医学界所认同,除了有益人体健康之外,还具有杀菌、除尘、除臭作用[15]。
电气石释放负离子不耗能,不产生臭氧和活性氧,是理想的绿色环保材料,目前国内外对电气石的开发研究已经取得了一定的进展。
韩跃新等通过对内蒙东部黑电气石释放负离子特性研究得到以下结论:(1)黑电气石释放负离子浓度较高,块状平均最大值可达18625个/cm3、超细粉平均最大值可达25600个/cm3,黑电气石释放负离子浓度相当于海滨、瀑布、森林的负离子浓度[16]。
河北工大梁金生等人应用溶胶2凝胶技术在天然电气石矿物粉表面生成高效TiO2光催化剂,制成了具有环境净化和健康功能的新型复合材料,在电气石自身电场对TiO2晶体生长的影响下,TiO2在电气石微粒表面形成了以微孔空心球和微孔空心半球构成的微孔空心球簇结构,空心球和空心半球的平均粒径为2μm应用此种技术制得的电气石2TiO2复合薄膜具有较高的光催化活性[17]。
在一项发明专利(CN1222494A)中专门介绍了利用电气石制陶瓷球的技术。
它由电气石磨成直径为6～140μm大小的微粒,占总质量的3%～98%;粘土占总重量的97%～2%;加水搅拌后,成型干燥烧结为直径5～50mm的小球。
它可以增强饮用水活性或使空气中负离子增加,可广泛用于饮用水活性化、污水处理,农作物施喷水和净化空气各领域[18]。
在专利CN1454560中,电气石被加入到一种陶瓷水杯和餐具中,使得这种餐具能够具有电气石的功能,它能够释放空气负离子,提高水的活性,长期使用有益于人体健康[19]。
在专利U S2004060141中,0.2%～0.4%(质量分数)的Ge、0.2%～0.4%(质量分数)的Zr、0.2%～0.4%(质量分数)的Be、1%～2%(质量分数)的电气石和96.8%～98.8%(质量分数)高分子基材料制备的空气负离子刷子,这种刷子可以释放大量的空气负离子,有益于人体健康[21]。
日本富士纺织利用温泉中的天然放射性矿石(电气石),经纳米技术与聚酯纤维结合,生产出“STA IYAZ”负离子织物,经医学临床实验证明,对腰痛、肩疼、关节炎及过敏性皮炎等有显著疗效。
据日本纤研新闻报道,日本松下电器与一家矿石研究所合作,采用纳米级电气石和一种激发剂混入聚酯原液中生产出特殊涤纶,共同开发出一种在“静置”条件下能源源不断产生负氧离子的织物;日本日清纺织新推出的负氧离子产品“IONA GE”,是将放射性矿石(电气石)微粉化后,混炼加入附着在织物上;日本仓敷将放射性矿微粉与电气石粉分层附着在织物上,以提高织物的负离子化效果,生产出“HOL IC”织物,其A4纸大小的织物在空气中产生的负离子为15000个/cm3,接近森林中负离子的效果[22]。