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电气石俗称碧玺,英文名称Tourmaline(托玛琳),系以含硼元素为典型特征的环状结构硅酸盐矿物。自1989年日本学者Kubo首次发现电气石存在自发电极和静电场现象后, 许多科学家对电气石展开了一系列应用研究,兴起了电气石在环保、保健领域的研究、应用热潮。日本学者永井博士称电气石掀起了“健康革命”、“环境革命”,电气石能“拯救地球环境”。
电气石具有独特的异极对称结构,其六元环的六个硅氧四面体,角顶指向同一方向,导致两个高电荷的原子在结晶格架上排列明显错位,使晶体一端为电荷正极,另一端为电荷负极,电子永不停息地从负极流向正极,从而形成了电流和静电场,在物理性质上表现为具有自发电极性,在表面厚度十几微米范围内存在104 ~107 V/ m的高场强,这些特性使电气石有诸多重要功能,如产生空气负离子、发射远红外线、电解水、产生氢气(可供燃料电池和无污染发动机用)、优化饮用水、屏蔽电磁波等,从而在治理大气和水体污染、保护生态环境、提高人民健康水平,开发新能源、促进社会可持续发展方面发挥重要作用。
鉴于电气石有如此多的优异功能,应广泛开拓应用。但目前电气石的应用仅局限在原矿的粉体或颗粒上。例如将电气石粉掺入涂料、油漆中来刷墙和油漆家具,将电气石粉复合在内衣中等。由于电气石对有机化合物有分解作用,故上述利用方式效果不好,寿命不长;也有将电气石粉体或颗粒投入于待处理的饮用水或污水、废水中使用的,这样虽然处理效率高,但粉体会悬浮于水中不易沉降,影响水体的澄清度,电气石粉体也不易回收。而陶瓷具有恒久耐用、不老化、耐腐蚀、耐高温、耐磨损、强度好、易于制造各种形状、富含独特艺术魅力等特性,且电气石热处理(烧成活化)后,远红外辐射性增强,电气石与硅藻土、沸石等复合制备陶瓷有更好的吸附、降解能力,因而陶瓷成为电气石应用的一个最佳途径。
目前电气石陶瓷多制成球体来应用。由于与介质发生能量转换和接触反应的过程仅局限于电气石陶瓷外表面的一个薄层上,内部的电气石并未起到作用,等于浪费了;而且使用球状物处理流体,可发生能量转换、接触反应的表面积并不高,通常Ф5-10mm的等径球所形成的堆积,其几何比表面积仅100-300m2/m3,而当今先进的能量转换装置(如蜂窝形陶瓷蓄热体)和接触反应体系(如化工业用的蜂窝形催化剂),其几何比表积已达到了800-2000m2/m3,差不多是球体的十倍;另外,散堆型堆积体系对流体的阻力很大,当电气石球用于流体的处理时,系统的压头损失较大,相应地要消耗较多的外部能量。因此,要尽快开发新一代的电气石产品,以使电气石产业以高性价比来扩大市场,形成新的经济增长点;同时,解决当前急迫的诸如雾霾、水污染等环境问题,并降低使用成本。
蜂窝对人类认识世界改造世界产生了非常重要的影响。人们通过对蜜蜂构筑的蜂窝进行长期、深入的研究发现,蜂窝结构节省材料而且坚固美观。今天,在飞机制造、桥梁建设中广泛使用蜂窝式结构,取得了成倍提高强度、大幅节约材料的效果。将电气石陶瓷制成蜂窝状可以节材节能、提高使用性能。通过大量的研究、实验,我们开发出电气石质蜂窝陶瓷,并获得发明专利授权(ZL201110161532.X)。
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