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什么是電氣石？電氣石的主要性能和作用
2020/8/17 16:59:57
電氣石（英文tourmaline）是電氣石族礦物的總稱，化學(xué)成分較復(fù)雜，是以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鎂、鋰的環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。 [電氣石硬度通常為7~7.5，其密度分不同種類而略有不同。
電氣石又稱托瑪琳石、碧璽等。 電氣石具有壓電性、熱釋電性、導(dǎo)電性、遠(yuǎn)紅外輻射和釋放負(fù)離子性等獨(dú)特性能，通過物理或化學(xué)方法與其他材料復(fù)合，可制得多種功能材料，被應(yīng)用于環(huán)保、電子、醫(yī)藥、化工、輕工、建材等領(lǐng)域。
電氣石是一類環(huán)狀硅酸鹽礦物，其結(jié)構(gòu)通式可表示為XY3Z6Si6O18（BO3）3W4，式中X=Na+、Ca2+、K+、空位， Y=Mg2+、Fe2+、Mn2+、AI3+、Fe3+、Mn3+、Li+，Z=AI3+、Fe3+、Cr3+、Mg2+，W=OH-、F-、O2-。其中X，Y，Z三位置的原子或離子種類不同會影響電氣石的物理性質(zhì)。晶體結(jié)構(gòu)的對稱性為R3m。電氣石的主要礦種有鐵電氣石（Sehorl）、鎂電氣石（Dravite）和鋰電氣石（Elbaite）等。主要電氣石族礦物及其密度如下表
| 名稱 | 密度/g·cm |
| 鋰電氣石 | 2.84-3.1 |
| 鎂電氣石 | 2.9-3.29 |
| 黑電氣石 | 2.82-3.24 |
| 鐵電氣石 | 3.26-3.33 |
| 鈣鋰電氣石 | 3.05 |
| 鈣鎂電氣石 | 3.1 |
| 鐵鈣鎂電氣石 | 3.21 |
| 布格電氣石 | 3.31 |
| 鉻鎂電氣石 | 3.39-3.41 |
| 無堿鐵電氣石 | 3.14 |
| 無堿鋰電氣石 | 3.06 |
有關(guān)電氣石的記載，始于古錫蘭，之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)它具有電性、壓電性，并被用于紅外光譜探測和熱像等儀器上。1880年Jacques和Pierre首次發(fā)現(xiàn)了電氣石的壓電性效應(yīng)。1989年，日本學(xué)者Kubo首次發(fā)現(xiàn)了電氣石存在自發(fā)電極、電氣石微粒周圍存在靜電場現(xiàn)象，就此對電氣石微粉的電場效應(yīng)展開了一系列應(yīng)用研究，由此興起了電氣石在環(huán)境、人體保健領(lǐng)域的研究新熱潮。
自發(fā)電極性 當(dāng)電氣石晶體所處環(huán)境溫度與壓力變化時，晶體中帶電粒子之間發(fā)生相對位移，正負(fù)電荷中心發(fā)生分離，晶體的總電矩發(fā)生變化，從而導(dǎo)致極化電荷產(chǎn)生。電氣石的自發(fā)極化效應(yīng)表現(xiàn)為，在電氣石晶體周圍存在著以c軸軸面為兩極的靜電場。當(dāng)電氣石晶粒很小時，電氣石微粒的作用相當(dāng)于一電偶極子，由于正負(fù)電荷作用相互抵消，在平行于c軸方向電場強(qiáng)度最大，電氣石的自發(fā)極化效應(yīng)是永久性的，與其結(jié)構(gòu)和成分密切相關(guān)。 壓電、熱電效應(yīng) 電氣石同時具有壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)，當(dāng)周圍環(huán)境發(fā)生變化，溫度或壓力改變時，電氣石晶格內(nèi)晶鍵發(fā)生扭轉(zhuǎn)，電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，使得電氣石一端帶正電，另一端帶負(fù)電。相反的電極被定義為c+和c-，c+是冷卻或加壓過程中沿c軸壓縮的正極，c-是在加熱或減壓過程中沿c軸膨脹的負(fù)極。