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《中国地质大学(北京)》 2011年
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电气石/Al_2O_3复合材料的制备及其红外辐射性能研究

卢琪  
【摘要】:电气石因其独特的极性结构而具有热电性、压电性、红外辐射等重要的性质,可广泛应用于环保及人体保健等领域。将微米电气石与纳米Al_2O_3以一定的工艺制备出电气石/Al_2O_3复合材料,可以增强电气石的红外辐射性能,对电气石的开发利用具有理论和实际意义。 本文运用各种测试方法对河南卢氏粉色电气石的矿物学特征进行了测试,并研究了电气石的电学效应;以河南粉色电气石为主要原料,分别以化学沉淀和机械力化学法制备电气石/ Al_2O_3复合材料,讨论实验工艺的主要影响因素,得出最佳实验方案,并对复合微粒进行表征;研究各种条件下制备的纳米复合粉体的红外辐射性能,并探讨复合材料的红外辐射机理。本文的主要结论如下: 河南卢氏粉色电气石为锂电气石。电气石的压电性主要与晶体结构Y位置上占据的离子半径d和所带电荷q有关,d和q越大,压电性越大;在常温下,晶体的热释电性与介电性成正比,且与电气石中含铁量呈负相关关系。不同种属及产地的热释电性大小顺序为:河南锂电气石云南锂电气石河北镁电气石。 根据匹配吸收理论,电气石的辐射波长与人体的吸收波长(9.53-9.47μm)符合较好,具有对人体的保健功能;不同种属的电气石红外发射率顺序为:铁电气石镁电气石锂电气石。锂电气石的电荷最小,偶极矩最小,因而红外辐射率相对最小,电气石红外辐射率取决于材料在该波段偶极矩的变化程度及该波段红外振动强度。 化学沉淀法制备电气石/ Al_2O_3复合粉体的实验方案为:Al(NO3)3溶液浓度为0.25mol/L,氨水滴定速度为10ml/min,溶液反应体系pH值为9;电气石/Al(OH)3前驱体的煅烧温度为980℃。X射线粉晶衍射及扫描电镜分析表明,复合材料中电气石及Al_2O_3均具有良好的晶体形态,其中Al_2O_3晶粒的平均直径为47.86nm,达到了纳米级,实现了微米电气石与纳米Al_2O_3的复合。化学沉淀法制备出的电气石/Al_2O_3复合粉体,当锂电气石与氧化铝以质量比3:1时,红外辐射率最大,为0.89,比复合前锂电气石的红外辐射率提高了0.03,达到了实验预期要求。 机械力化学法制备电气石/ Al_2O_3复合粉体的实验方案为:研磨时间为1小时;研磨速度为950转/min;选用陶瓷小球作为研磨介质;X射线粉晶衍射及扫描电镜分析表明,复合材料中电气石及Al_2O_3均具有良好的晶体形态。机械力化学法制备出的电气石/Al_2O_3复合粉体,当锂电气石与氧化铝以质量比3:1时,红外辐射率最大,为0.88,比复合前锂电气石的红外辐射率提高了0.02。由于机械力化学法制备出的复合粉体中电气石与氧化铝之间结合力不如化学沉淀法强,因此红外辐射率相对较低。 本项研究为国家自然科学基金“极性矿物电气石与半导体氧化物(ZnO等)复合微粒环境作用机理研究”资助项目。
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