远红外功能性材料讲课教案

远红外功能性材料一、什么是远红外线红外线是国外著名科学家赫歇尔在一次科学实验中发现的，他发现在太阳的可见光线以外存在着一种神奇的光线，人的肉眼无法看见这种光线，但它的物理特性与可见光线极为相似，有着明显的热辐射。

由于它位于可见光中红光的外侧，故而称之为红外线，红外线的波长范围很宽，介于0.75——1000微米之间，在红外线中，波长较短的为近红外线，而远红外线是红外线中波长最长的一段红外线。

根据使用者要求的不同，划分的标准不尽相同，在实际应用中，通常将波长在2.5微米以上的红外线称为远红外线。

二、红外线的划分根据使用的要求不同，红外线的划分很不相同。

把能通过大气的三个波段划分为：近红外波段1~3微米中红外波段3~5微米远红外波段8~14微米根据红外光谱划分为：近红外波段 1～3微米中红外波段 3～40微米远红外波段 40～1000微米医学领域中常常如此划分：近红外区 0.76～3微米中红外区 3～30微米远红外区 3～30微米医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。

近红外线或称短波红外线，波长0.76～1.5微米，穿入人体组织较深,约5～10毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5～400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。

三、远红外线的特性远红外线是电磁波的一种；它是不可见光，但却具备可见光所具有的一切特性，远红外线的主要物理特性如下：1发射性：因为远红外是属于光线范围的电磁波，所以它与光线一样不需要任何媒介便可直接传导，这就是远红外的发射性。

2渗透性（渗透力）：虽然远红外是属于光线的电磁波，但在渗透力上与其它可见光不同。

远红外具有独特的穿透力，其能量可作用到皮下组织一定深度，再通过血液循环，将能量达到深层组织及器官中。

这就是远红外线的渗透性。

3吸收、共振性：根据基尔霍夫辐射定律：任何良好的辐射体，必然是良好的吸收体。

在同一温度下，辐射体本领越大，其吸收本领越强，两者成正比关系，所有含远红外的物体，既可以辐射远红外线，也可以吸收远红外线，辐射与吸收对等。

而人体每时每刻也都在发射远红外线，据测定：人体发射的远红线波长在9.6微米左右，所以，本单位经销的红外电热画系列产品中所产生的远红外线的波长在8----14微米，和人体表面峰值正相匹配，形成最佳吸收并可转化为人体的内能，极为密切影响到人类生命的起源、发生和发展，所以我们又称这一波长范围的远红外线为生命光线。

因此，远红外线具有良好的吸收、共振性。

四、远红外线对人体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。

所以远红外线对于血液循环和微循环障碍引起的多种疾病均具有改善和防治作用。

此外，对人体内的一些有害物质，例如食品中的重金属和其它有毒物质、乳酸、游离脂肪酸、脂肪和皮下脂肪、钠离子、尿酸、积存在毛细孔中化妆品残余物等，就能够藉助代谢的方式，不必透过肾脏，直接从皮肤和汗水一起排出，可避免增加肾脏的负担。

一般来说，燃料燃烧、电热器具热源等放出的红外线多属于近红外线，由于波长较短，因此产生大量的热效应，长期照射人体后会产生灼伤皮肤及眼睛水晶体等伤害。

波长更短的其它电磁波如紫外线、X射线及γ射线等，会使原子上的电子产生游离，对人体更有伤害作用。

远红外线则不然，由于波长较长，能量相对较低，所以使用时相对较少烫伤之危害。

远红外线也和家用电器所放射出的低频电磁波不同，家用电器所释出的低频电磁波可穿墙透壁及改变人体电流的特性，而被人们高度怀疑其危害性。

远红外线在人体皮肤的穿透力仅有0.01至0.1厘米，人体本身也会放出波长约9微米的远红外线，所以和低频电磁波不可混为一谈。

远红外线被用在许多疾病的辅助治疗上，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥疮、烫伤及伤口不易愈合等疾病，都可以利用远红外线促进血液循环的特性，而达到辅助治疗的目的。

1、令水份子活性化，提高身体的含氧量人体约70%是水分．血液的水分比率更高达80% 若血气不足，血液中的水分子便集结成惰性水（即四个氢分子和一个氧分子结合），不能通过细胞膜。

远红外线能使水分子产生共振，变成独立水分子（即两个氢分于和一个氧分子结合），提高身体的含氧量，细胞因而能恢复活力，精神更畅旺、头脑更灵活．进而能提高抗病能力，延缓衰老。

2、改善微循环系统独立水分子可自由出入细胞之间，再透过共鸣共振，转化为热能，令皮下深层的温度微升，血流速度加快，微丝血管扩张；微丝血管开放愈多，心脏的压力便可减少，微丝血管的功能是向人体60兆个细胞供应氧气和营养，同时将新陈代谢产生的废物排出体外。

若微循环系统出现毛病，会导致多种毛病，包括高血压、心血管疾病、肿瘤、关节炎、四肢冰冷麻痹等。

成年人微丝血管的总长度可围绕地球三周，被称为人体的第二个心脏，可见其重要。

3、促进新陈代谢微循环系统若得到改善，新陈代谢产生的废物便可迅速排出体外，减轻肝脏及肾脏的负担。

这些废物包括引致癌症的重金属：引致疲劳及老化的乳酸、游离脂肪酸和皮下脂肪；引致高血压的铀离子，以及引致疼痛的尿酸。

4、平衡身体的酸碱度远红外线能净化血液，改善皮肤质素、预防因尿酸过高而引致骨络关节疼痛。

5、具有消炎，消肿的作用6、提高人体免疫功能免疫是人体的一种生理保护反应，它包括细胞免疫和体液免疫两种，对人体防御功能和抗感染作用有极其重要的作用。

经临床观察，远红外保健品确有提高机体的巨噬细胞吞噬功能，增强人体的细胞免疫和人体液免疫功能，有利于人体的健康。

五、远红外线的产生产生远红外线主要方法选择热交换能力强、能放射特定波长远红外线的材料，然后加工制造成各种形式、各种用途的的产品。

远红外线纤维产品所采用的材料能有效放射5.6um-15um的远红外线，占整体波长90%以上。

常用发生远红外线的材料和产品有如下种类：1、生物炭：例如高温竹炭、备长炭、竹炭粉、竹炭粉纤维以及各种制品等。

2、碳纤维制品：例如用来取暖的碳纤维地暖片、碳纤维发热电缆、碳纤维暖气片等，通电后的碳纤维中的碳分子做“布朗运动”，在产生热量的同时，会产生85％左右的远红外线来辐射热量。

3、电气石：例如电气石原矿、电气石颗粒、电气石粉、电气石微粉纺织纤维以及各种制品等。

4、远红外陶瓷：例如利用电气石、神山麦饭石、桂阳石、火山岩等高负离子、远红外材料按照不同的比例配各种用途的陶瓷材料，再烧制成各种用途的产品。

5、远红外陶瓷制品：例如远红外陶瓷球、陶瓷装饰建材、陶瓷涂料、陶瓷酒具餐具、陶瓷灯具、陶瓷工艺品、陶瓷微粉纺织纤维、陶瓷能量板、家用电器陶瓷元件等等。

6、玉石：含有各种微量元素，如钙，镁，锌，硒，锰等对人体有益矿物质，加热后具有更多的有益于人体的远红外线。

中国自古就有“人养玉，玉养人”之说。

六、远红外功能性材料1、远红外陶瓷（1）定义：远红外陶瓷是新型陶瓷的一个分支，与传统陶瓷采用氧化硅、氧化铝等高岭土成分组成的普通陶瓷不同，远红外陶瓷是以20 余种无机化合物及微量金属或特定的天然矿石分别以不同的比例配合，再经1200～1600 ℃高温煅烧而成，能辐射出特定波长远红外线的特种陶瓷材料。

（2）传统制备工艺及发展：远红外陶瓷材料可以分为红外激光材料、红外透射材料和红外辐射材料。

其核心技术是原料的选择、配方的比例以及陶瓷的烧结。

传统的远红外陶瓷材料制作工艺是利用具有远红外辐射性能的无机非金属微粉（又称：远红外辐射陶瓷粉）不同的红外光谱特性，经过一定的工艺成型、烧结而成。

传统的远红外陶瓷粉的制备方法有液相沉淀法和固相合成法2种，其基本工艺如下：液相沉淀法制备工艺：配料→溶解→加表面活性剂→沉淀→过滤水洗→脱水处理→干燥→气流粉碎→性能检测→备用。

固相合成法工艺：配料称量→球磨混合→高温合成→磨细→过筛→性能检测→备用。

烧结主要采用常规烧结或热压烧结。

例如：以石英、长石、硬质高岭土为主要原料，其制备工艺包括：将原料分别粉碎过筛，将灰色千枚岩、黑电气石、石英等与粘合剂混合、造粒、烘干，烧制成陶粒；稀土等如上步骤烧制成陶粒；将石英、长石、滑石分别煅烧制成熟料；将陶粒粉与熟料等经混合等工艺，烧制成远红外陶瓷。

随着对远红外陶瓷材料研究的进一步深入，有许多更新的制备方法不断出现。

如：共沉淀法、水解沉淀法、水热法、溶胶- 凝胶法、微乳液法(反胶束法) 等。

一些研究者甚至探索出了更新的制备远红外陶瓷超细粉的思路，如高温喷雾热解法、喷雾感应耦合离子法等。

这些方法的生产工艺与传统的化学制粉工艺截然不同，是将分解、合成、干燥甚至煅烧过程合并在一起的高效方法，但这些方法尚不成熟，需要进一步的研究和探索。

目前，先进的陶瓷烧结工艺有：气氛加压烧结、热等静压烧结、微波烧结、等离子体烧结、陶瓷自蔓延烧结等。

另外，大量先进设备(如XRD 衍射仪、红外光谱吸收仪、热分析仪、扫描电子显微镜等) 的应用，使科技工作者对陶瓷的微观结构有了更深刻的了解，促进了远红外陶瓷制品综合性能的提高。

清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室是目前国内在远红外陶瓷材料制备方面技术最为先进、成熟的科研机构之一，为该领域的科研成果和人才培养贡献。

（3）功能与应用：远红外陶瓷以能够辐射出比正常物体更多的远红外线（红外辐射率更高）为主要特征功能。

利用这一特殊性能，远红外陶瓷的应用主要分为两个方面：高温区的应用和常温区的应用。

在高温区主要应用于锅炉的加热，烤漆，木材、食品的加热和干燥等：常温区主要应用于制造各种远红外保暖材料，如远红外陶瓷粉、远红外陶瓷纤维、远红外陶瓷聚酯，以及远红外功能陶瓷等。

利用远红外陶瓷材料对燃油进行红外辐射，可以使燃油的粘度和表面张力降低，利于雾化和充分燃烧。

清华大学杨金龙教授研制的CiM（陶瓷胶态注射成型工艺）远红外陶瓷材料，可制成直径为2-3mm的微珠，用于接触式人体红外保健产品；利用远红外陶瓷制成的蜂窝状、网状或管状元件，用于燃油汽车、船舶、炉灶，节能效果可达到5%以上，对削减燃油污染有一定意义。

同时它还有降低引擎温度的效益，除了可以提高热机组件寿命外，也能具体提升汽车动力系统的功率。

远红外陶瓷涂料（含纳米氧化钛涂料）具有催化氧化功能，在太阳光（尤其是紫外线）照射下，生成OH-，能有效除去室内的苯、甲醛、硫化物、氨和臭味物质，并具有杀菌功能。

各类远红外陶瓷涂料在居室、公共建筑物、交通工具上推广应用，将会改善人们的生活环境。

在制造工业方面，应用纳米生化科技改制的远红外材料不但宽广了产品领域，在提升产品的功能和品质的进展上就更令人印象深刻！以纺织品为例，传统的远红外线纺织品，是将能量材料设法涂布于织品或纤维材料上，由于易剥落，不耐洗涤，致使产品的远红外线核心价值快速递减，新工艺将远红外线材料研磨达到微米甚至纳米级尺寸的细微颗粒，均匀分散混入聚酯原料之中抽丝成纱，使其溶入化纤基材牢不可分，因此彻底解决了传统产品洗涤剥落的致命缺陷。