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                電氣石的自發極化效應和熔噴無紡布駐極作用

                2020/8/13 10:04:13

                       電氣石具有永久性自發極化效應,其極化值不受外界電場影響。已經證實電氣石顆粒周圍存在靜電場,而且電氣石顆粒能夠釋放負離子和發射遠紅外線。利用電氣石的這些性質,可將電氣石應用于環境與健康領域,如水處理、環保涂料及健康衣料等。因此,電氣石是一種很有前景的天然綠色環保材料。
                [關鍵詞]電氣石;自發極化;環境與健康;應用
                   電氣石是以含硼為主的環狀硅酸鹽礦物,其化學式為Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4。一直以來,電氣石被作為寶石礦物加以利用,少量用于儀器設備中的光學元件,大量非寶石級電氣石幾乎未得到利用。1989年,日本學者Kubo發現并提出電氣石具有永久性自發極化效應,從而為電氣石為工業礦物,尤其是在環境與健康領域應用開辟出嶄新的途徑。
                1電氣石的晶體結構及其自發極化效應
                   實驗證實,電氣石晶體在沿其三次對稱軸的兩端會積聚一定量的異性電荷,產生異兩極;與一般“誘電體”只有放入電場才會產生電極化不同,電氣石不放入電場中,礦石本身也有電極化產生,其電極不受外界電場影響。Voigt檢測了室溫下電氣石晶體的自發極化值,得到Ps=0.011uC/cm2。一般認為,極化電荷的產生是由電氣石具有的熱電性和壓電性引起的。當電氣石晶體所處環境溫度與壓力變化時,晶體中帶電粒子之間發生相對位移,正負電荷中心發生分離,晶體總電矩發生變化,從而導致極化電荷產生。電氣石的自發極化效應表現為,在電氣石晶體周圍存在著C軸軸面為兩極的靜電場,場強E0=2e0。據Voigt給出的Ps值,得到E0=6.2×10的6次方v/m。當電氣石晶粒很小時,電氣石微粒的作用相當于一電偶極子,由于正負電荷作用相互抵消,在平行于C軸方向電場強度最大,靜電場隨著遠離中心迅速減弱,E2=(2/3)E0(a/r)的三次方,a為電氣石微粒半徑,r為測點距中心的距離。由此可知,在電氣石表面十幾微米范圍內存在10的7次方(最高值)~104V/m的高場強。電氣石的自發極化效應是永久性的,與其結構和成分密切相關。電氣石為3m點群,必三方晶系,晶體結構由[Si6O18]復三方環、[BO3]三角、[X-O5(OH)]三重八面體組成(X為Fe2+、Mg2+、Al、Li、Fe3+、Mn2+)。構成[Si6O18]復三方環的六個硅氧四面體,角頂指向同一方向,被解釋為其極性存在的本質原因。因此,不同結晶狀況、不同成分的電氣晶體,其自發極化效應有差異。對于不同產地的電氣石,通過“坤特”試驗可直觀地比較出其極化效應的強弱。坤特試驗是用等量的硫磺與鉛丹混合粉末,通過一個塑料噴灑向電氣石晶體,由于坤特粉在混合和通過塑料噴篩時摩擦產生靜電,使坤特粉帶荷,其中鉛丹粉(紅色)帶正電荷。硫磺粉(黃色)帶負電荷,同時電氣石的自發極化效應使其晶體沿C軸兩端帶有符號相反的電荷。于是,電氣石晶體帶正電荷的一端吸引硫磺粉而顯黃色,晶體帶負電荷的一端剛吸引鉛丹粉而顯紅色。電氣石晶體極化效應的強弱可由坤特現象的明顯程度(即晶體兩端顏色分異性強弱)表現出來。

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