电气石的自发极化效应和熔喷无纺布驻极作用

2020/8/13 10:04:13

       电气石具有永久性自发极化效应,其极化值不受外界电场影响。已经证实电气石颗粒周围存在静电场,而且电气石颗粒能够释放负离子和发射远红外线。利用电气石的这些性质,可将电气石应用于环境与健康领域,如水处理、环保涂料及健康衣料等。因此,电气石是一种很有前景的天然绿色环保材料。
[关键词]电气石;自发极化;环境与健康;应用
   电气石是以含硼为主的环状硅酸盐矿物,其化学式为Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4。一直以来,电气石被作为宝石矿物加以利用,少量用于仪器设备中的光学元件,大量非宝石级电气石几乎未得到利用。1989年,日本学者Kubo发现并提出电气石具有永久性自发极化效应,从而为电气石为工业矿物,尤其是在环境与健康领域应用开辟出崭新的途径。
1电气石的晶体结构及其自发极化效应
   实验证实,电气石晶体在沿其三次对称轴的两端会积聚一定量的异性电荷,产生异两极;与一般“诱电体”只有放入电场才会产生电极化不同,电气石不放入电场中,矿石本身也有电极化产生,其电极不受外界电场影响。Voigt检测了室温下电气石晶体的自发极化值,得到Ps=0.011uC/cm2。一般认为,极化电荷的产生是由电气石具有的热电性和压电性引起的。当电气石晶体所处环境温度与压力变化时,晶体中带电粒子之间发生相对位移,正负电荷中心发生分离,晶体总电矩发生变化,从而导致极化电荷产生。电气石的自发极化效应表现为,在电气石晶体周围存在着C轴轴面为两极的静电场,场强E0=2e0。据Voigt给出的Ps值,得到E0=6.2×10的6次方v/m。当电气石晶粒很小时,电气石微粒的作用相当于一电偶极子,由于正负电荷作用相互抵消,在平行于C轴方向电场强度最大,静电场随着远离中心迅速减弱,E2=(2/3)E0(a/r)的三次方,a为电气石微粒半径,r为测点距中心的距离。由此可知,在电气石表面十几微米范围内存在10的7次方(最高值)~104V/m的高场强。电气石的自发极化效应是永久性的,与其结构和成分密切相关。电气石为3m点群,必三方晶系,晶体结构由[Si6O18]复三方环、[BO3]三角、[X-O5(OH)]三重八面体组成(X为Fe2+、Mg2+、Al、Li、Fe3+、Mn2+)。构成[Si6O18]复三方环的六个硅氧四面体,角顶指向同一方向,被解释为其极性存在的本质原因。因此,不同结晶状况、不同成分的电气晶体,其自发极化效应有差异。对于不同产地的电气石,通过“坤特”试验可直观地比较出其极化效应的强弱。坤特试验是用等量的硫磺与铅丹混合粉末,通过一个塑料喷洒向电气石晶体,由于坤特粉在混合和通过塑料喷筛时摩擦产生静电,使坤特粉带荷,其中铅丹粉(红色)带正电荷。硫磺粉(黄色)带负电荷,同时电气石的自发极化效应使其晶体沿C轴两端带有符号相反的电荷。于是,电气石晶体带正电荷的一端吸引硫磺粉而显黄色,晶体带负电荷的一端刚吸引铅丹粉而显红色。电气石晶体极化效应的强弱可由坤特现象的明显程度(即晶体两端颜色分异性强弱)表现出来。