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電氣石俗稱碧璽,英文名稱Tourmaline(托瑪琳),系以含硼元素為典型特征的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。自1989年日本學者Kubo首次發(fā)現(xiàn)電氣石存在自發(fā)電極和靜電場現(xiàn)象后, 許多科學家對電氣石展開了一系列應用研究,興起了電氣石在環(huán)保、保健領(lǐng)域的研究、應用熱潮。日本學者永井博士稱電氣石掀起了“健康革命”、“環(huán)境革命”,電氣石能“拯救地球環(huán)境”。
電氣石具有獨特的異極對稱結(jié)構(gòu),其六元環(huán)的六個硅氧四面體,角頂指向同一方向,導致兩個高電荷的原子在結(jié)晶格架上排列明顯錯位,使晶體一端為電荷正極,另一端為電荷負極,電子永不停息地從負極流向正極,從而形成了電流和靜電場,在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為具有自發(fā)電極性,在表面厚度十幾微米范圍內(nèi)存在104 ~107 V/ m的高場強,這些特性使電氣石有諸多重要功能,如產(chǎn)生空氣負離子、發(fā)射遠紅外線、電解水、產(chǎn)生氫氣(可供燃料電池和無污染發(fā)動機用)、優(yōu)化飲用水、屏蔽電磁波等,從而在治理大氣和水體污染、保護生態(tài)環(huán)境、提高人民健康水平,開發(fā)新能源、促進社會可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。
鑒于電氣石有如此多的優(yōu)異功能,應廣泛開拓應用。但目前電氣石的應用僅局限在原礦的粉體或顆粒上。例如將電氣石粉摻入涂料、油漆中來刷墻和油漆家具,將電氣石粉復合在內(nèi)衣中等。由于電氣石對有機化合物有分解作用,故上述利用方式效果不好,壽命不長;也有將電氣石粉體或顆粒投入于待處理的飲用水或污水、廢水中使用的,這樣雖然處理效率高,但粉體會懸浮于水中不易沉降,影響水體的澄清度,電氣石粉體也不易回收。而陶瓷具有恒久耐用、不老化、耐腐蝕、耐高溫、耐磨損、強度好、易于制造各種形狀、富含獨特藝術(shù)魅力等特性,且電氣石熱處理(燒成活化)后,遠紅外輻射性增強,電氣石與硅藻土、沸石等復合制備陶瓷有更好的吸附、降解能力,因而陶瓷成為電氣石應用的一個最佳途徑。
目前電氣石陶瓷多制成球體來應用。由于與介質(zhì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換和接觸反應的過程僅局限于電氣石陶瓷外表面的一個薄層上,內(nèi)部的電氣石并未起到作用,等于浪費了;而且使用球狀物處理流體,可發(fā)生能量轉(zhuǎn)換、接觸反應的表面積并不高,通常Ф5-10mm的等徑球所形成的堆積,其幾何比表面積僅100-300m2/m3,而當今先進的能量轉(zhuǎn)換裝置(如蜂窩形陶瓷蓄熱體)和接觸反應體系(如化工業(yè)用的蜂窩形催化劑),其幾何比表積已達到了800-2000m2/m3,差不多是球體的十倍;另外,散堆型堆積體系對流體的阻力很大,當電氣石球用于流體的處理時,系統(tǒng)的壓頭損失較大,相應地要消耗較多的外部能量。因此,要盡快開發(fā)新一代的電氣石產(chǎn)品,以使電氣石產(chǎn)業(yè)以高性價比來擴大市場,形成新的經(jīng)濟增長點;同時,解決當前急迫的諸如霧霾、水污染等環(huán)境問題,并降低使用成本。
蜂窩對人類認識世界改造世界產(chǎn)生了非常重要的影響。人們通過對蜜蜂構(gòu)筑的蜂窩進行長期、深入的研究發(fā)現(xiàn),蜂窩結(jié)構(gòu)節(jié)省材料而且堅固美觀。今天,在飛機制造、橋梁建設(shè)中廣泛使用蜂窩式結(jié)構(gòu),取得了成倍提高強度、大幅節(jié)約材料的效果。將電氣石陶瓷制成蜂窩狀可以節(jié)材節(jié)能、提高使用性能。通過大量的研究、實驗,我們開發(fā)出電氣石質(zhì)蜂窩陶瓷,并獲得發(fā)明專利授權(quán)(ZL201110161532.X)。
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