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                  電氣石的自發極化效應和遠紅外輻射

                  2020/8/12 14:54:53

                       電氣石(Tourmaline) 是電氣石族礦物的總稱,是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環狀結構硅酸鹽礦物,結構式為Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O12][BO3]3(OH,F)4。根據不同的類質同像,可分為鐵電氣石、鎂電氣石和鋰電氣石。電氣石晶體結構為三方晶系,對稱型為L33P,晶體常呈短柱狀、長柱狀或針狀,柱面有縱紋,橫斷面呈球面三角形,集合體呈針狀、纖維狀或放射狀,有時呈粒狀或隱晶質塊狀,顏色隨成分而異,有黑色(含Fe)、紅色(富含Mn、Li、Cs)、褐黃色(含Cr),無色透明的少見;玻璃光澤,硬度7~7.5,無解理,密度2.9~3.5g/cm3,具有熱電性與壓電性。電氣石作為一種新型的工業礦物,在環保、電子、醫藥、化工、輕工、建材等領域,由于礦物獨特的性質及產品的高附加值,受到世界各國的普遍重視。
                  1 電氣石的自發極化效應
                         1898年,日本學者Kubo發現并提出來電氣石具有永久性自發極化效應。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,產生異性兩極:Voigt檢測了室溫下電氣石的自發極化值,得到Ps=0.011MC/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,晶體的總電矩發生相對位移,正負電荷中心發生分離,晶體的總電矩發生變化,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奮斗目標以C軸軸面為兩極的靜電場,場強Eo=Ps/2Eo,據Voigt給出的Ps值,得到Eo=6.2×10^6V/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,Ex=(2/3)Eo(a/r)3,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10~104V/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。電氣石晶體結構由[Si6O18] 復三方環、[BO3]三角、[X-O5(OH)]三重八面體組成(Fe2+、Mg2+,Al3+、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。
                         電氣石環境功能屬性及應用
                         電氣石作為環境功能材料已得到國內外環境科學界的公認,在日本、美國、韓國、中國等國家,電氣石用于居室等小環境的改善已實現了產業化。研究證明:由于自極化效應使得電氣石具有一些環境功能屬性,如在無源條件下可產生負離子;具有遠紅外發射功能,發射率可達0.93;電磁屏蔽功能;調節水的pH值至中性;活化水分子等。這些環境功能屬性使得電氣石具有廣泛的應用。
                          電氣石的紅外輻射功能及應用
                          紅外線是電子波譜的一部分,其波長為0.76~1000um,介于可見光與微波之間。按波長不同又分為近紅外(0.76~1.50um)、中紅外(1.5~5.6um)、遠紅外(8~14um)和超遠紅外(15~1000um)。如前所述,電氣石同時具有顯著的壓電性與熱電性,即使在常溫下,一旦環境壓力或溫度發生微弱變化,其內部分子振動增強,偶極矩發生變化,即熱運動使極性分子激發到更高的能級,當它向下躍遷至較低能級時,就以發射電磁波形式被帶走。因此,電氣石向外界發射電磁波的動力來自于外界環境之間的能量交換。

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