舒适及健康功能纳米非金属矿物-电气石.doc

舒适和健康功能的纳米非金属矿物-电气石
　　21世纪对宝石提出一个新概念，好看和耐用不是评价宝石的唯一标准。我们把舒适和健康功能以及利用环境的材料称为新一代的宝石。生命科学已解明疾病和衰老的根本原因就是氧化，防止氧化的物质就是还原剂。对生命科学来说，抗氧化剂物质就是健康材料。人类不可缺的粮食、肉、糖和食品添加物等酸性物质实际上有时候也是有害健康的氧化物，疲劳过度也是氧化的原因。正离子加速氧化反应，污染空气含有大量的正离子，所以人们感到不舒服。让人们感觉到舒服和有利于健康的是负离子。　　
　　中国古代就用健康材料，夏、商、周开始用磬石砭术治病，孔子采用磬石养身（BC551-479）。在我国的古籍中记载着一中神奇的石料--磬石（古代称泗滨浮石）。它是古代制造石磬（乐器）和砭具（治病）的矿石，是一种微晶方解石，是以碳酸钙为主要成分，喊有钛、铬、锰、锌、锶和稀土的有益于健康的矿石。远红外辐射率高，对人有热效应，敲击时发出可听见的声音外，还发出频率在2万赫兹的超声波脉冲，至今没有搞清楚其对人的健康生理。李时珍的《本草纲目》中有 106中矿石药物。另外还有健康宝石：水晶----解除疲劳，提高效率；绿、红宝石----提高生育能力；钻石----精力旺盛，玉----远红外辐射材料。　　
　　麦饭石有称medical stone、heal stone:偏碱性矿石，36种元素，26种微量元素。用于水质净化、养殖、饲料、肥料、产生负离子；媳妇有害物质（有机、无机）、保鲜、防腐及除臭。该石又被称为：长寿石、净化石、矿化水的健康石。　　
　　电气石（Tounmaline）:纯度高的称为碧玺（宝石的一种），有红、蓝、白、黑等多种颜色，一种独特的具有自发激化电极、兼具有压电性和热电性的矿物。1989年日本学者KUBO证实了电气石微粒周围静电场的存在。产生负离子、活性水分子：粉尘吸附、净化大气;净化水质、杀菌除垢；电磁屏蔽等。　　
　　绝大多数矿物和粘土都具有不同程度的空气净化功能；酸性和碱性矿物是天然的抗菌剂，多数矿物的远红外辐射率高，均具有保温隔热做用。　　
　　多孔矿物便具有调湿功能，和贮氢材料。可制造成为舒适的功能建材和贮氢等能源材料。
　　1. 产生负离子的材料。　　
　　空气中离子对人体医疗和生理的影响的研究早在20世纪30年代就有论述。究竟空气中对人有益的是什么离子，近些年来又引起世界的广泛关注。　　
　　1980年德国医学界率先证明正离子多的地方人们得各种慢性疾病的比率高，发生交通事故也多。日本医学界对空气负离子的作用一直较为重视 ，进行了大量的观测和临床实验证明了负离子对人体的健康有益，对人体健康有益的负离子是水化羟基离子，称为“负碱性离子”
　　1.1 负离子对人体健康的影响　　
　　（1） 负离子直接影响细胞膜的电位，提高细胞的各种功能，促进新陈代谢，增加机体免疫力。　　
　　（2） 碱性离子可增加细胞的渗透性。增加吸氧量，改善肺功能。　　
　　（3） 负离子通过呼吸进入人体，调整血液的酸碱度，使之为弱碱性。碱性离子具有表面活性剂作用，使血管中的胆固醇形成胶体而分散，减轻血液中的絮凝，降低血压。　　
　　（4） 负离子具有安定自律神经、控制交感神经，改善睡眠效果。　　
　　（5） 增加发寒量，增加脑波a波，减轻疲劳。　　
　　（6） 负离子的作用还有控制炎症、镇痛、抗癌，对肝硬化、糖尿病、神经麻痹均有治疗效果。　　
　　（7） 负离子具有清新空气，消除臭味及抗菌做用。
　　1.2 产生负离子的可能机理　　
　　（1） 机械作用：空气中分子的机械运动能量转化为化学能，使空气中水分子电离；由于空气的热运动，空气分子产生摩擦、相互碰撞导致气体分子的电离或电荷转移；由于水的落差；由于水的落差，水分子与空气摩擦或水分子之间的撞击致气体分子的电离或电荷转移；
　　（2） 光作用、红外线、紫外线、宇宙射线；　　
　　（3） 岩石和土壤的发射作用下，空气中的分子与之电离；　　
　　（4） 静电作用：外加电场作用使气体电离或尖端放电气体分子俘获电子而成为负离子。所以，雷雨过后，空气中负离子浓度高，空气非常清晰；　　
　　（5） 化学能与生物能作用：各种化学反映、植物的光和作用、海洋的藻类所提供的生物能量也可增加空气中的负离子。总之，负离子的产生必须有能量的来源和负电荷的载体。
　　1.3 电气石（Tourmaline）　　
　　日本对电气石产生负离子及对人的健康影响作了教多研究，发现电气石可产生负离子H3O2?-具有防腐、净化空气、除臭、抗菌、调整水质等作用。 　　
　　电气石是一种天然晶体材料，属三方晶系，呈复三方柱状。电气石的化学式为： XR3AL6B3O27（OH）4，其中X为Na、K、Ca，R为Mg、Fe、Mn、Li、和Al等，X 的种类和量直接影响电气石的颜色。　　
　　其产生负离子的原因，一般认为其内部存在永久性电极，电离空气中的水分子而产生H3O2?-。电气石能电解水的证据是分析在放有电气石粉末的水面上的空气中存在氢气。
　　 2．氧化物与稀土协同材料（Synergy materials）一些无机氧化物复合粉体也可在空气诱发负离子。我们发现稀土的复合盐也具有导致空气中分子电离的功能，而增加空气中负离子的浓度。稀土变价过程、电气石的压电与热电将就以及低能辐射的协同作用，提高了产生自由基的浓度，并把自由基转化为负离子，负离子产率可提高到2000个/cm3以上。 　
　　3净化功能的矿物 　　
　　绝大多数矿物在水介质中：表面发生羟基化、具有荷电荷性；盐类和硫化物矿物表面—具有盐基与硫基。因此，矿物表面产生极性、化学、吸附作用。
　　○1土壤和矿物表面—（形成）天然自净化系统；
　　○2多孔矿物：沸石、硅藻土、轻质蛋白石、磷灰石、电气石、石英、磁铁—（均具有）过滤作用和吸附作用；
　　○3离子交换矿物：方解石、文石、碳酸盐、沸石、粘土层等—可离子交换；交货空气中的金属离子的功能；
　　○4氧化物半导体矿物光催化效用：从价带激发到带产生自由基与负离子，净化、抗菌和产生负离子的效果。
　　4绝热纳米材料　　
　　1992年美国hunt.A.J提出超级绝热材料(supper in Sulator)的概念。在预定的使用条件下，其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料。空气中的主要成分氮气和氧气的自由程度都在70nm左右，因此只有在大部分气孔尺寸都小于50nm时，材料内部基本消除对流，使对流传热大幅度降低。许多研究表明：当材料中的气孔直径小于50nm时，气孔内的分子就失去了自由流动的能力，而相对地附着在气孔上，这时材料近处的状态近似于直孔状态。同时，由于纳米吸气孔及极低的体积密度，使材料内部会有极多的反射界面与散射微粒，可见光和紫外光反射率为95%以上。可以使材料不论是在高温和常温下均有低于空气的导热系数。粉状入≤0.020w/m.h，块状入≤0.014w/m.h 美国NASA的航天飞机的隔热瓦是用陶瓷纤维析的骨架中充满SiO2气凝胶来实现的。　　
　　SiO2气凝胶(aeragels)是纳米多孔非晶体态材料，孔洞率80~99.8%，孔尺寸1~100nm，比表面200—1000m2/q，密度3—500kg/m3，各种纳米材料的此外光、可见光反射率风图2。可见光的反射率可以说明隔热程度。这一材料也可用于隔热涂料及节能住宅外墙。
　　5 调湿功能纳米材料　　
　　要求室内温度保持相对一定，温度大时吸湿，干燥时放湿功能的材料称为调湿材料。湿度大时，空气中的水分凝结水蒸气，湿度小时凝缩水气化。常温蒸气压力P与毛细管的半径R的关系为1np∝1/R。当常温相对温度为40%时，R=3.2nm；相对温度为70%时，R=7.4nm。由此原理，调湿材料设计成为进水孔的半径为7.4届，出气孔的气化毛细孔半径为3。2nm。纳米SiO2，经酸处理的海泡石、硅藻土都具有上述功能。吸放失量为12g/m2.h。
　　6 纳米粘土　　
　　在高分子材料中加入粘土，可改善其力学、热学和其它性能，已有十多年的应用历史。汽车：丰田、三菱汽车上都采用尼龙/粘土混杂材料，纳米粘土量加入5%，提高刚度32%-50%，弹性模量提高98%。包装材料：啤酒瓶中加入粘土的保鲜期由120天提高天200天。纳米粘土可用于光催化材料的载体，应用在空气净化和抗菌功能内外墙材料等方面。
　　结语　　
　　21世纪对宝石提出新的要求，新的概念。韩国将玉（宝石）用于内墙涂料及床垫等日常生活用品方面；而日本将宝石碧玺不仅用于健康功能建筑材料和日用品方面还进一步用于环境和节能等方面。高技术和衣食住各种领域对非金属的要求越来越多，同时也发现很多的非金属矿纳米材料。我国的纳米材料工厂有20多条生产线，但应用量不多。非金属矿物纳米材料生产点为上千个生产线。天然矿物相对于纳米材料具有含杂质或有害元素、不十分规则等缺点，需经选别、分离、分级。主要优点：成本低、大量生产，有广大的市场前景。早已用于内墙涂料、脱色、催化、塑料，造纸，食油，食品，化工等行业，现还要扩大应用范围，就加快应用基础研究和加工技术研究以满足国内外的要求，进一步挖掘新一代的宝石。
文章提供：石家庄托玛琳矿产品有限公司
责任编辑：李志刚