电气石电学特性机理及影响因素研究
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综述电气石的自发极化现象电气石属于环状硅酸盐矿物,其晶体的化学式为XY3Z6Si6O18(BO3)3(OH,F)4,其中X=Na、Ca、K、□(空位),Y=Mg2+、Fe2+、Mn2+、Al、Fe3+、Mn3+、Li,Z=Al、Fe3+、Cr3+、Mg。
电气石晶体结构由6个硅氧四面体组成的六方环状结构、3个硼三角、3个[ Y-O5(OH) ]八面体顶角相联,沿C轴对称形成。
在20世纪80年代,日本学者T.Kubo利用离子吸附实验和电气石粉体电解水产生氢气的实验,间接证明了电气石存在自发电极。
后来,中国学者冀志江等人,利用电子探针首次观察到电气石自发极化的存在[1]。
在电气石小颗粒被电子束轰击后,显微照片中轰击区域亮度不同(如图1):颗粒的一端表面比较亮,中心区域和另一端则表面则较暗。
反映了被轰击颗粒两端带电性质的不同,两端表面电场的方向不同。
亮度较大的一端,电子束击出的二次电子较多,反映该端带负电荷,是电气石颗粒的负极;亮度较小的区域,电子束击出的二次电子较少,反映该端带正电荷,是电气石颗粒的正极。
从而,证实了电气石颗粒两端带有异号电荷。
图1 电气石小颗粒被电子击发后的显微照片关于电气石自发极化产生的原因,人们尚未有统一的结论。
目前被大部分学者所接受的是,电气石的自发极化现象应该跟其独特的晶体结构有关。
电气石结构图见图2。
首先,硅氧四面体的顶角氧原子指向同一方向。
其次,电气石晶体中存在Y-O5(OH)和Al-O5(OH)两种八面体结构扭曲,从而引起(BO3)3三角中硼原子从三角平面中向c轴的反方向位移,导致自发极化。
从这种观点出发,这两种八面体扭曲的程度越大,则电气石自发极化的现象也应更明显。
但是,有关电气石自发极化的原因、以及影响因素还有待人们进一步研究。
图2 电气石结构图电气石晶体周围存在着沿c轴的静电场,这也使得电气石具有表面电场,并且表面电场是电气石自发极化的重要体现。
1965年,日本学者S.Yamaguchi计算得出电气石表面的电场强度约为100Kv/cm[2]。
电气石的电场效应在环境领域的应用摘要:电气石具有永久性的自发电极,电气石微粒的周围存在着以c轴轴面为两极的静电场。
在电场作用下,水分子发生电解,形成活性分子H3 O+ ,吸引水中的杂质、污垢,净化水质;OH- 和水分子结合形成负离子,改善人们的生活环境;电场对带电粒子有吸附作用,可以吸附粉尘,净化空气。
电气石还具有高的机械化学稳定性,与沸石、蒙脱石等的吸附作用相比,电气石不具有饱和极限,可持续使用,重复利用率高,在环境领域具有很好的发展前景。
关键词:电气石电场效应环境应用前景正文: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。
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V oigt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。
高压支柱复合绝缘子的工频电场分布特性研究摘要:高压支柱复合绝缘子是电力系统中广泛应用的重要设备之一。
本文通过对复合绝缘子的工频电场分布特性进行研究,分析了其工作原理、电场分布和影响因素,并介绍了几种常见的改进方法。
研究表明,通过优化绝缘结构和选择合适的材料,可以提高复合绝缘子的电场分布特性,提高其绝缘性能和可靠性。
1. 引言高压支柱复合绝缘子作为电力系统中重要的电气设备,其绝缘性能对于保障电力系统的安全运行具有重要意义。
工频电场分布是绝缘子性能分析的重要指标之一,其合理分布对于防止电气击穿和漏电流的产生具有重要作用。
因此,研究工频电场分布特性对于提高绝缘子的安全性和可靠性具有重要意义。
2. 复合绝缘子的工作原理复合绝缘子是由蜂窝状硅橡胶和绝缘材料组成的复合结构,采用特殊的制造工艺使其具有良好的机械强度和绝缘性能。
在高压电力系统中,复合绝缘子承担着支撑导线、绝缘导线和隔离介质的作用,其工作原理是通过均匀分布在绝缘子表面的电场,使绝缘子能够抵抗外界电压的影响,防止电气击穿和漏电流的产生。
3. 复合绝缘子的电场分布特性复合绝缘子的工频电场分布受多种因素的影响,如材料特性、外界电场、结构参数等。
一般来说,复合绝缘子的电场分布应尽量均匀,并避免电场集中,在任何绝缘子表面点附近都应尽量保持低电场强度。
不均匀的电场分布会导致电场强度集中,增加击穿风险和漏电流的产生。
4. 影响复合绝缘子电场分布的因素4.1 材料特性复合绝缘子的材料特性对于电场分布具有重要影响。
绝缘材料应具有较高的绝缘强度和绝缘阻抗,以保证电场在绝缘子内部的均匀分布。
同时,材料的导电性和介电损耗也会影响电场分布。
4.2 绝缘结构绝缘结构的设计对于电场分布十分重要。
合理的绝缘结构可以降低电场强度,减轻电场集中和局部放电的发生。
常见的绝缘结构包括球形、圆锥形、柱形等,其不同的几何形状会导致不同的电场分布。
4.3 外界电场在复合绝缘子的工作环境中,外界电场也会对其电场分布产生影响。
电气石汗蒸的原理
电气石汗蒸是一种利用电气石的热传导原理,通过加热电气石来产生蒸汽,从而实现汗蒸效果的疗法。
其原理如下:
1. 电气石的特性:电气石是一种特殊的矿石,具有较高的导热性能。
当通电时,电气石能够快速吸热并将热量迅速传导到矿石表面。
2. 开启设备:首先,将电气石与电源连接,在设备中开启加热功能。
电气石将开始加热,并迅速传导热量到其表面。
3. 产生蒸汽:当电气石表面受热后,水分子在高温下发生蒸发,产生大量的蒸汽。
4. 蒸汽作用:蒸汽透过设备的孔隙进入到人体周围的环境中,使空气的湿度逐渐增加。
通过呼吸和毛孔,人体可以吸入蒸汽中的水分子,使皮肤逐渐湿润。
5. 汗腺打开:蒸汽的温度和湿度刺激人体的汗腺,使其迅速开启。
这样,通过汗腺出水,人体便会不断排出大量的体液,达到排毒和清洁的效果。
需要注意的是,电气石汗蒸疗法只是一种辅助保健疗法,不能替代正规的医疗治疗。
在使用过程中,要根据个人体质和健康状况适度调节使用时间和温度,以免对身体造成负面影响。
电气石名称的由来电气石是一种非常特殊的宝石,因其独特的性质和美丽的外表而备受珍视。
但是,很多人并不知道电气石的名称是怎么来的,下面我们就来详细了解一下。
一、电气石的基本概述电气石是一种含有铜和铁元素的硅酸盐矿物,化学式为CuFeSi2O6。
它通常呈现出淡蓝色或淡紫色,有时也会呈现出淡黄色或淡绿色。
电气石具有很高的折射率和双折射率,这使得它在光学领域中得到广泛应用。
二、电气石名称由来1. 原始发现电气石最早是在19世纪初由法国科学家亨利·圣克莱尔发现的。
他在法国南部地区发现了这种美丽而神秘的宝石,并将其命名为“電礦”,即“electricite”。
这个名称源于他对电气石产生静电效应的观察。
2. 英文名称后来,英国科学家詹姆斯·史密斯森(James Smithson)在1824年将电气石带回伦敦,并将其命名为“enargite”。
这个名称源于希腊语单词“enargein”,意思是“显现出来”。
这个名称反映了电气石的独特性质,即它可以通过光学手段显现出来。
3. 中文名称电气石的中文名称则是由中国科学家刘静初提出的。
他在20世纪50年代初期开始研究电气石,最终得出了这种宝石的中文名称——电气石。
这个名称源于电气石能够产生静电效应的特点。
三、总结综上所述,电气石的名称来源于其特殊性质。
无论是法语的“electricite”、英语的“enargite”,还是中文的“电气石”,都反映了这种宝石能够产生静电效应和通过光学手段显现出来的特点。
今天,电气石已经成为一种非常受欢迎和珍视的宝石,在珠宝和光学领域中得到广泛应用。
第二章电气石的矿物学特征我国的电气石资源较丰富,潜在资源量较大,分布较广,全国除上海、天津、重庆、宁夏、江苏、海南及港、澳、台等省市区未见报道有电气石产出外,其余25个省市自治区均发现有电气石产出,特别是西部地区的电气石资源较丰富。
全国已知电气石产地150多处,有80多处具一定规模。
电气石常以副矿物(有时为主要矿物)的形式广泛分布于岩浆岩、沉积岩、变质岩和热液矿床中,它的化学性质稳定。
2.1 我国的电气石按成因可分为三个大的类型(表1)。
[1]具体分类见表1。
表1 我国电气石的成因类型矿产类型亚类实例与岩浆作用有关的电气石岩浆型云南西盟阿莫锡矿、西藏莽总铜矿电英质火山岩伟晶岩型新疆可可托海、黑龙江林口、广西资源、东秦岭、云南高黎贡山及哀牢山、内蒙古狼山地区花岗岩类热液型江西赣南、广西恭城、广西大厂龙箱盖岩体、广西宝坛地区、山东柳家、湖南柿竹园、大义山、内蒙古、广东、云南等地火山-次火山热液型广西贵港龙头山、内蒙莲花山、江西龙眼石热水沉积岩型电气石广西大厂铜坑-长坡锡多金属矿、辽宁凤城-宽甸硫铁矿带、山西中条山铜矿、内蒙古别鲁乌图铜矿、表生风化型电气石新疆沙尔布拉克金矿2.1.1与岩浆作用有关的电气石本类型电气石根据产出围岩的不同又可分为四个亚类,即岩浆型、伟晶岩型、花岗岩浆热液型和火山-次火山热液型。
1、岩浆成因电气石[2、3]。
在云南西盟佤山的佤山电英岩和西藏昌都地区的西藏岩(电英质火山岩)中的电气石即属于这种类型。
佤山电英岩主要由50%-60%的电气石、40%-50%的石英及少量钠长石组成。
电气石属铁镁电气石,结晶较好,以细粒-中粒半自形-自形粒状产出。
西藏岩(电英质火山岩)中电气石和石英含量基本相等,电气石既呈斑晶,又呈球粒、鸡毛掸状、毡状雏晶相对均匀地分布在基质内。
基质中的电气石为隐晶质,只有在显微镜下方可辨认。
含量总体相近,2、伟晶成因电气石[4、5、6、7、8、9]。
伟晶岩中产出的电气石一般晶体较大,晶形完好。
电气石,tourmaline的化学成分
电气石,又称电气石英,是一种宝石和宝石原矿物,属于硅酸盐矿物。
它的化学成分是复杂的铝硅酸盐,化学式为
(Ca,Na)(Al,Fe,Li,Mg,Mn)3(Al,Cr,Fe,V)6(BO3)3(Si,Al,B)6O18(O H,F)4。
电气石中的阴离子主要包括硼酸根离子 BO3、硅酸根
离子 SiO4 以及氢氧根离子 OH、氟离子 F,它们与钠离子
Na+、钙离子 Ca2+、铝离子 Al3+ 等阳离子形成了复杂的结构。
在电气石中,有些铝离子可以被其他金属离子如铁离子Fe2+、锂离子Li+、镁离子Mg2+、锰离子Mn2+等部分或完全取代。
电气石还具有一些特殊的物理性质,如电气石具有极性,可以产生电荷;它也表现出热畸变性,在加热或冷却时会产生电流;此外,电气石还可以吸附或释放大量的离子,对环境有一定的净化作用。
因此,电气石常用于珠宝制作、光学仪器、电子器件、医疗仪器等领域。
电气石成分
电气石是一种天然矿物,也称为电气辉石,主要成分是硫化铜和铜等元素。
电气石的化学式为Cu3AsS4,属于硫族元素化合物,是一种外观呈黑色或暗红色的晶体矿物。
电气石在电气领域中有着广泛的应用。
其主要特点是在一定温度和压力下具有良好的半导体性能,同时还具有较高的热电效应。
因此,在电子元器件、电子电路等方面应用广泛。
此外,由于电气石中含有铜等重金属元素,具有一定的毒性,因此应注意正确使用和储存。
在现实生活中,电气石被广泛应用于药物、化妆品等领域中,其原材料的开采和利用也受到了广泛的关注和研究。
总体来看,电气石是一种具有广泛应用前景的矿物,其成分和特点决定了它在电子领域中的独特优势,是众多电子元器件和电路中不可或缺的材料之一。
总结起来,电气石成分主要包括硫化铜和铜等元素,其特点是具有良好的半导体性能和高热电效应,广泛应用于电子元器件、电路等领域中。
同时,由于其含有重金属元素,应注意正确使用和储存,以确保其安全性。
电气石的由来及特点
佚名
【期刊名称】《西部资源》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】1500年中期,葡萄牙探险队最早在巴西发现了这种宝石——电气石,取名为:Tourmaline——托玛琳,意为“多彩宝石”.从那时开始,Tourmaline作为一种名贵的装饰品,一直在欧洲贵族中流行并跻身于世界十二大宝石的行列.1730年,荷兰人发现这种宝石能吸灰,又取名“吸灰石”.1880年,居家族揭开了这种宝石的秘密,即具有永久的自发电性,表面流动0.06mA的微电流,因此命名为“电气石”.研究表明,Tourmaline是地球上现存的唯一带永久性电极的矿物质.
【总页数】1页(P80)
【正文语种】中文
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电气间隙的影响因素
电气间隙是指两个导体或电路之间的距离,在电气工程中具有重要的影响。
以下是一些影响电气间隙的因素:
1. 电压等级:电压等级越高,对电气间隙的要求也越高。
高电压下,电气间隙需要足够大以避免放电和击穿。
2. 介质特性:介质的绝缘性能对电气间隙有直接影响。
不同的介质有不同的介电强度和击穿强度,会影响电气间隙的设计。
3. 温度:温度对电气间隙的绝缘性能有影响。
高温环境下,介质的绝缘性能可能下降,需要更大的电气间隙来保持安全。
4. 湿度:湿度对电气间隙的绝缘性能同样有影响。
高湿度环境下,电气间隙可能容易出现漏电或击穿。
5. 材料选择:导体和绝缘材料的选择也会影响电气间隙。
不同的材料具有不同的导电性和绝缘性能,需要根据具体要求选择合适的材料。
6. 环境条件:电气间隙的设计还需要考虑环境条件,如气体、污染物、振动等因素。
这些条件可能会影响电气间隙的稳定性和可靠性。
以上是一些常见的影响电气间隙的因素,具体的设计需要根据实际情况和应用要求进行考虑。
电气石粉体的制备方法引言电气石是一种具有特殊光学性质的材料,常用于制备光电子器件、光学传感器等领域。
为了满足不同应用的需求,制备高质量的电气石粉体是至关重要的。
本文将介绍几种常见的电气石粉体制备方法,并对其优缺点进行分析。
1. 水热法水热法是一种常见且简单的电气石粉体制备方法。
其基本原理是在高温高压的水热条件下,通过溶液中的化学反应来合成电气石晶体,并最终得到所需的电气石粉体。
具体步骤如下:1.准备适当比例的金属阳离子溶液和阴离子溶液。
2.将两种溶液混合,并加入适量的模板剂。
3.将混合溶液倒入高压釜中,设置合适的温度和压力。
4.维持一定时间后,将高压釜冷却至室温。
5.过滤得到沉淀,用水洗净并干燥。
水热法制备电气石粉体的优点是简单易行、成本较低,且可以控制粉体的形貌和尺寸。
然而,由于反应条件的限制,该方法只适用于某些特定的电气石材料。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用于制备纳米颗粒的方法,也适用于电气石粉体的制备。
其基本原理是通过溶胶中金属离子的水解和聚合反应,形成凝胶,并最终得到所需的电气石粉体。
具体步骤如下:1.准备适量的金属离子溶液。
2.加入适量的催化剂和稳定剂。
3.在适当的温度下进行水解和聚合反应,形成凝胶。
4.将凝胶进行干燥和煅烧处理。
5.研磨得到所需的电气石粉体。
溶胶-凝胶法制备电气石粉体具有以下优点:可以得到高纯度、均匀分散的纳米颗粒;可以控制粒径大小和形貌;适用于各种电气石材料。
然而,该方法的缺点是制备过程复杂,且需要较长的时间。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种通过气相反应制备电气石粉体的方法。
其基本原理是将金属有机化合物或金属卤化合物在高温下分解,生成金属原子或金属离子,并与氧、硫等气体反应形成电气石晶体。
具体步骤如下:1.准备适量的金属有机化合物或金属卤化合物溶液。
2.将溶液喷雾进入高温反应室中。
3.在高温下进行分解和反应,生成电气石晶体。
4.将产物冷却并收集。
气相沉积法制备电气石粉体的优点是制备过程简单、快速,并且可以得到高纯度的产物。
电力系统中的电气特性分析与优化随着社会的进步和发展,电力系统在现代生活中扮演着至关重要的角色。
而电力系统的电气特性分析与优化则成为了电力行业中不可或缺的研究和应用方向。
本文将从电力系统的电气特性入手,探讨其分析与优化的方法与意义,为电力系统的稳定运行和供电质量的提升提供一些启示和参考。
首先,电力系统的电气特性是指电力系统中电力传输、分布和消费过程中所呈现的电气性质和行为。
在电力系统中,电压、电流、功率等因素的波动和变化对于电力系统的运行稳定性和供电质量具有重要影响。
因此,理解和分析电力系统的电气特性是保障电力系统正常运行的基础。
对于电力系统的电气特性进行准确分析是电力行业发展的关键。
通过电力系统的电气特性分析,可以了解到系统中各个部分的电压、电流、功率等参数的变化规律、特性和分布状况。
同时,还可以发现和解决系统中的潜在问题,预测和避免电力故障的发生,提高电气设备的利用率和运行效率。
因此,电气特性分析对于提高电力系统的稳定性和可靠性,降低电力损耗和供电成本具有重要意义。
电力系统的电气特性分析可以采用多种方法和技术。
其中,最常用的方法之一是基于电力系统模型的仿真和计算。
通过建立电力系统的数学模型,可以利用计算机仿真技术对系统进行精确的模拟和计算。
这种方法可以帮助工程师们了解电力系统在不同负载下的电气特性和行为,为系统的优化调整提供依据。
同时,还可以通过模拟和计算找出系统中的弱点,提前采取相应措施加以改进和优化。
此外,还可以通过实测数据进行电力系统的电气特性分析。
通过在电力系统的关键节点上安装监测设备,可以实时获取并记录系统中各个参数的变化情况。
通过对这些数据的统计和分析,可以得到电气特性的定量指标和变化规律,为电力系统的优化提供数据支持。
同时,还可以利用数据挖掘和机器学习等方法,对大量实测数据进行处理和分析,挖掘出数据中的潜在价值和规律,指导电力系统的运行和管理。
针对电力系统的电气特性分析结果,可以进行相应的优化和改进措施。
岩石物理化学教案中的岩石的电导率与导电性质电导率是岩石物理化学研究中的一个重要参数,它与岩石的导电性质密切相关。
本文将探讨岩石的电导率与导电性质之间的关系,并介绍岩石物理化学教案中的相关内容。
一、岩石的电导率电导率是指岩石在电场中传导电流的能力,通常用电导率常数来表示,单位为西门子/米(S/m)。
岩石的电导率与其导电性质有关,主要取决于岩石中的导电介质含量和导电介质本身的性质。
1.导电介质含量:岩石中的导电介质主要包括岩石内部的金属矿物颗粒和液体水分。
当导电介质的含量增加时,岩石的电导率也会增加。
例如,含有大量导电矿物(如黄铁矿、黄铜矿等)的岩石往往具有较高的电导率。
2.导电介质的性质:导电介质的性质对岩石的电导率也有重要影响。
导电介质的电导率越大,岩石的电导率也越大。
另外,导电介质的电导率还与其结构、含水量、温度等因素有关。
二、岩石导电性质的影响因素岩石的导电性质除了与电导率相关外,还与其他因素密切相关。
下面将介绍一些影响岩石导电性质的重要因素。
1.岩石的物理性质:岩石的物理性质包括密度、孔隙度、含水饱和度等。
这些物理性质会对岩石的导电性质产生影响。
例如,岩石的孔隙度越大,含水饱和度越高,导电介质的含量增加,岩石的电导率也会增加。
2.温度:温度是影响岩石导电性质的重要因素之一。
随着温度的升高,岩石中导电介质的运动能力增强,电导率也会相应增加。
因此,岩石的导电性质通常与温度呈正相关。
三、岩石物理化学教案中的内容在岩石物理化学的教学中,需要对岩石的电导率与导电性质进行详细的介绍和讲解。
以下是岩石物理化学教案中可能包含的内容:1.电导率的基本概念:介绍电导率的定义、单位等基本概念,帮助学生理解电导率的意义和作用。
2.岩石导电介质的类型和性质:通过具体的案例,介绍常见的岩石导电介质,如金属矿物、液体水分等,及其对岩石导电性质的影响。
3.岩石的导电性质与物理性质的关系:通过实验或模拟实验,让学生探究岩石的物理性质对导电性质的影响,并帮助他们建立岩石导电性质与物理性质之间的联系。
电气石电气石(Tourmaline ),又称碧玺。
环状硅酸盐矿物,成分复杂,化学式如下: (Na, Ca)(Mg, Fe 2+, Fe 3+, Li, Al)3Al 6[Si 6O 18](BO 3)3(OH, F)4。
按成分可分三个系列:即锂电气石/锂碧玺(Elbaite) - Na(Li,Al)3Al 6(BO 3)3Si 6O 18(OH)4, 镁电气石褐碧玺 (Dravite) - NaMg 3Al 6(BO 3)3Si 6O 18(OH)4铁电气石黑碧玺 (Schorl) - NaFe 3Al 6(BO 3)3Si 6O 18(OH)4系列。
晶系和形态:三方晶系(一轴负晶)。
柱状,柱面发育纵纹,柱的横截面为弧线三角形。
比重和硬度:比重3.06~3.26;硬度7~7.5解理、断口和韧性:无解理;贝壳状断口;韧性较好,但绿色者经热处理后会脆些。
颜色:几乎可以出现各种颜色,甚至一个晶体上有两种或多种颜色。
透明度和光泽:透明-不透明;玻璃光泽。
多色性:强。
红和粉红色者:红和黄红;绿:蓝绿和黄绿到深棕绿;蓝:浅蓝和深蓝;黄绿:蓝绿和黄绿到棕绿奇异现象:猫眼和变色;变色为棕红和黄绿。
紫外荧光:粉红色者有弱紫色荧光,其它无或者很难看出来。
包裹体:红色、绿色者常含不规则的线状气液包体,或单独出现或交织成松散的网状,尤其是绿色碧玺,可包含稠密的平行直条状纤维体或空细管,可显猫眼效应。
稳定性:遇强热熔化,温度骤变会破裂。
不受酸碱侵蚀。
特殊性质:压电性和焦(热)电性,摩擦可带电。
碧玺的矿床通常位于伟晶岩层(Pegmatites )和冲积矿床(Alluvialdeposits )。
c ai yz锂电气石 Elbaite 晶体结构锂电气石 Elbaitec ai y z锂电气石 Elbaite锂电气石 Elbaitec ai y z锂电气石 Elbaite褐碧玺 (Dravite)晶体结构c ai y z褐碧玺 (Dravite)黑碧玺 (Schorl)晶体结构c ai y z黑碧玺 (Schorl)黑碧玺 (Schorl)c ai y z。
同济大学海洋与地球科学学院硕士学位论文电气石电学特性机理及影响因素研究姓名:徐礼新申请学位级别:硕士专业:海洋地质指导教师:杨如增20030228电气石电学特征机理及影响因素研究摘要论文通过对来自新疆、云南、广西、内蒙古、越南和南非等地电气石的化学成分、XRD物相分析、晶胞参数和压电常数的测定及其晶体结构中各种结构单元偶极矩的分析,研究了电气石的化学成分对晶胞参数的影响,阐述了铁、镁、锂、氧元素的含量及铁离子的价态对电气石晶胞参数起到重要影响作用;研究了电气石的压电常数与晶胞参数的关系,提出了电气石的压电效应随晶胞参数的增大而增大,随引起压电效应的离子电荷数的增加而增加,分析认为电气石的化学成分主要是通过两个方面来影响其压电效应的大小:一是化学元素的离子半径,二是离子所提供的电荷数大小。根据电气石晶体压电常数矩阵的表示式foo00dl,一d221d=卜如也20d1500l,I如l以。以3000J
从而表明电气石在X、Y、Z方向均能产生压电效应的现象,压电效应的方向、大小与外加作用力的方向和性质有关。在切应力死、死作用下,电气石的X方向能产生压电效应;在正应力乃、死或切应力死作用下,电气石的Y方向能产生压电效应;而Z方向的压电效应,只有在正应力作用下才能产生。通过对电气石晶体结构中各个结构单元在平行于Z轴和垂直于Z轴方向上偶极矩的详细图解与计算公式分析,研究了不同结构单元对电气石产生压电效应和热释电效应的贡献,从晶体结构上解释了电气石压电常数矩阵的物理意义,研究了电气石产生压电效应和热释电效应的原因,为合理利用电气石原料,开发电气石功能产品提供了理论依据。
关键词:电气石、压电效应、热释电效应、化学成分、物相。Studyon
MechanismandInfluenceon
ElectricPropertyofTourmaline
AbstractInthisthesis,byanalysisofthechemicalcomponentandXRDphase,testofthecrystallatticeparameterandpiezoelectricconstant,andanalyzingofthedipolemomemofstructureunitofcrystalstructureoftourmalinefromXinjiang,Yunnan,
Guangxi,Neimenggu,VietnamandSouthAfrica,theaffectionofthechemical
componentoftourmalineonitscrystallatticeparameterisstudied.Inthisthesis,we
alsoexplainedthesignificantinfluencearisenbythecontentofFe、Mg、Liand0element嬲wellastheiomcvalueofFeonthetourmalinecrystallatticeparameter.
Therelationshipoftourmalinebetweenpiezoelectricconstantandcrysmllatticeparameterisalsostudied,theresultshowsthatthebiggerthec巧stallatticeparameter
andthehighertheiomcvalue,thehigherthepiezoeffect.Thusthepiezoeffectofthetourmalineismainlyaffectedbychemicalcomponent
intwo
aspects:theiomc
diameterandthechargeprovidedbytheion.
TheexpressionofpiezoeffectconstantmatrixoftourmalineillustratedthatthepiezoeffectCanbeproducedfromX,Yor
Z—axis.Thedirectionandthevalueof
piezoeffectWasrelatedtothevalueandpropertyofoutsideforce.Withthecutting
stressofT5or死,tourmalineproducespiezoeffectalongX-axis,and谢th
the
positive
stressofZjor乃orcuringstressof乃,tourmalineproducespiezoeffectalongY-axis,
andonly们tllpositivestress,tourmalinecanproducespiezoeffectalongZ-axis.Throughtheexplanationofthedipolemomentofmurrnalme
structureunit
parallelandverticaltoZ—axis.theeffectionofpiezoeffectandpyroelectriceffectedbydifferentstructureunitoftourmalineisstudied,themeaningofthematrixof
piezoelectricconstantoncrystalstructureisexplained,andthecauseof
piezoeffect
andpyroelectriceffectoftourmalineisstudied,whichgivethetheoretical
references
forefficientlyusingofthetourmalineresourcesandthedevelopingofthe
function
products.
Keywords:tourmaline,piezoeffect,pyroelectriceffect,chemicalcomponent,phase.
Ⅱ申请同济大学硕士学位论文第一章前言第一章前言
一、国内外研究状况1.早期对电气石电学特性的认识电气石“tourmaline’’这一名称最早来自于Sinhalese语turmali,古锡兰工匠用于指不明身份的混装宝石。在西方文献中最早出现是在1707年,JohnSchmidt在其著作中提到“一种叫做tourmaline,或turmal的宝石,产自Eastindies的Ceylon(锡兰,今斯里兰卡):它象磁铁一样,能吸附热的草木灰或燃烧过的煤灰,也能排斥它们。’’对电气石的科学研究,始于1717年,物理化学家LouisLemery在科技杂志上首次刊登了对其带电现象的叙述。1756年,Dr.FranzUlrichTheodorAepinus
提交了其电学性质的第一份重要报告,提出电气石由于加热产生电荷,而并非是当时普遍认为的摩擦生电。1824年,DavidBrewster在他的文章“ObservationsonthePyro—E1ectricityofMinerals"中首次提出“热电性”这一术语。2.20世纪中期对电气石的电学性质应用研究电气石电学性质的应用研究兴盛于20世纪中期,已在许多领域得到了应用,尤其是在红外检测和热成像方面【ll。1938年,YeouTa提出电气石晶体可用作红外光谱探测器。1942午Sivian的“Energytranslationutilizing
pyroelectricity’’获得了美国专利。此后,随着8aTi03热电性的发现,对电气石的研究多局限于矿物学、岩石学、宝石学方面,而对其电学(如压电、热释电)效应其及应用方面几乎再没有深入研究。3.电气石矿物学、岩石学方面的研究随着对电气石矿物学、晶体学研究的不断深入,人们对电气石晶体结构的认识已经相当成熟[21,如8uergerM
H于1962年就指出,在电气石的晶体结构中,
六个硅氧四面体的角顶指向同一个方向【31,这为后来解释电气石的压电和热释电效应非常有用。电气石的结构特征决定了它的许多性质,如压电效应和热释电效应等等,已有研究表明,压电晶体的结构必须不存在对称中心,电气石的3m对称性可以产生压电和热释电效应等。电气石晶体结构中究竟是那些结构单元对电气石的电学性质起到贡献作用,至今仍然没有给出一个明确的答案。申请同济大学硕士学位论文第一章前言国内外学者对电气石在岩石学方面的研究最为广泛,这方面的成果也非常丰厚降151。也不乏有一部分学者对电气石的电学性质作了一些很有益的研究,据彭明生、傅晓明研究表明【16‘17】,不同成因电气石中[0盯]占位不同,变质岩型、矽卡岩型电气石中只有一个[0盯]占位,而伟晶岩型和热液型矿床中电气石[0H一]则有两个无序占位,根据电气石某些物理性质对氢有依赖性,从而预言不同成因类型的电气石的热释电性不同。但是从整体上来说,国内外学者主要在电气石的矿物学和岩石学方面进行了大量的研究工作,关于电气石的压电和热释电效应及其应用还不多见。4.电气石在环保和保健领域的应用研究现状1989年,日本学者Kubo首次发现了电气石微粒周围存在静电场现象,就此对电气石微粉的电场效应展开了一系列应用研究,提出电气石的自发电极为永久性电极,不受外界电场影响;其自发极化值Ps是一个与温度无关但与温度的变化率关系密切,电气石的自发极化值为,Ps=O,01lxlO刁库仑/am2,是BaTi03在室温下的l/2400/13】。由此提出电气石在环保领域的应用前景,兴起了电气石在环境、人体保健等领域应用研究的新潮。此后,日本、美国学者纷纷开始了对这一方面的应用性研究。这些研究主要是电气石产品开发,1976年至2001年世界各国开发电气石产品的专利统计如表(卜1)所示。这些产品的开发主要是直接利用电气石的电学性质,仍然很少涉及到其应用机理方面的研究。
表1-1世界各国有关电气石专利统计0976—2001)
Table1—1Patentsontourmalineinsomecountries(1976·200)
专利美国日本欧洲中国
起始时间1942198419901998
数量统计24235137112
起始时间19891989
19901998
环境
件数67
34935112
专利
比例27.69%
99.43%94.59%100%
注:专利统计截止日期,美国,2001,11:日本2000,7;欧洲2000,7;中国2001,l。
国内对电气石的应用研究主要开始于1997年,上海、北京、广州、大连、2