电气石的热释电性及其应用毕业论文(编辑修改稿)

电气石的热释电性及其应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

及 H2O，所以多与气成作用有关， 多产于 花岗伟晶岩及气成热液矿床中。 一般黑色电气石形成于较高温度，绿色、粉红色者一般形成于较低温度。 早期形成的电气石为长柱状，晚期者为短柱状。 此外，变质矿床中 亦有电气石产出。 二、 电气石矿物的热释电性 （一） 电气石的晶体结构 电气石晶体结构的基本特点为 [SiO4]四面体组成复三方环。 B 配位数为 3，组成平面三角形； Mg配位数为 6（其中有两个是 OH175。 ） ,组成八面体，与 [BO3]共氧相连。 在 [SiO4]四面体的复三方环的上方的空隙中有配位数为 9 的一价阳离子 Na+分布，之间以 [AlO5(OH)]八面体相联结（如图 2） [9]。 图 2 电气石的晶体结构 电气石是一种结构和成分都很复杂的含硼硅酸盐矿物，直到五十年代对电气石晶体结构测定以后，才提出比较合理的成分。 它的化学通 式为： XY3Z6[Si6O18]（ BO3） 3W4，其中 X的位置被 Na+、 Ca2+、 K+占据，有时也会形成空位（可形成无碱电气石），还可以被 Mg2+、Mn2+、 H3O+占据； Y的位置主要被 Mg2+、 Fe2+、 Al3+、 Li+所占据，也会被 Mn2+、 Fe3+、 Ca2+、Mn3+、 Cr3+、 Ti4+占据； Z的位置主要被 Al3+占据，也会被 Mg2+、 Fe2+、 Cr3+、 V3+、 Ti3+、 Ti4+占据， W的位置主要是被 O OH175。 、 F175。 、 Cl175。 占据 [10]。 由于 XYZ位置的置换以及形成环境的不同而表现出来 的成分上的差异，形成了结构大致相同、成分有 一 定差异的众多的电气石种类。 从成分上来讲，自然界主要的电气石种类 分别是富 Na和 Mg的镁电气石、富 Na和 Fe元素的铁电气石、富 Ca和 Mg元素的钙镁电气石以及富 Na和 Li元素的锂电气石。 在矿物学中的分类和名称 （ 如 表 1）。 表 1 电气石的分类和名称 名称 X Y Z （ O,OH,F） 常见颜色 锂电气石 （ Elbaite） Na+ Li+Al3+ Al3+ (OH)4 粉色、粉红色 镁电气石 （ Dravite） Na+ Mg2+ Al3+ (OH)4 褐红（深 红和深绿的见于非洲） 黑电气石 （ Schorl） Na+ Fe2+ Al3+ (OH)4 黑色 布格电气石 （ Buergetite） Na+ Fe3+ Al3+ O3F 暗古铜褐至黑色 铬镁电气石 （ Chromdravite） Na+ Mg2+ Cr3+ (OH)4 深绿色 高铁镁电气石 （ Ferridravite） Na+ Mg2+ Fe3+ (OH)4 黑色 钙镁电气石 （ Uvite） Ca2+ Mg2+ Mg2+Al3+ (OH)4 褐色，偶见绿色或无色 钙锂电气石 （ Liddicoatite） Ca2+ Li+Al3+ Al3+ (OH)4 褐色，蓝色或粉 — 绿色 电气石属三方晶系，对称型 L33P。 空间群 R3m。 晶胞参数分别为： 锂电气石 a0= 197。 ， c0= 197。 黑点其实 a0= 197。 ， c0= 197。 镁电气石 a0= 197。 ， c0= 197。 α =90176。 β =90176。 γ =120176。 Z=3 （二） 电气石热释电性的产生原理 晶体在受热 情况下表面会产生电荷，这种现象称为热释电效应，而晶体的这种性质称为热电性。 晶体按其晶胞中有无固有电矩分为极性晶体和非极性晶体。 晶体只有存在唯一的与其它任何极轴都不相同的“单向”极轴时，方有可能在这一方向上发生与其它方向程度不同的应变，使晶体结构内正负电荷中心发生不同程度的相对位移，引起非极性晶体中出现了电矩 (极化 )或极性晶体中电矩加大 (或减少 )，表现为晶体表面从不显电性到显示电性或所呈现的电性加强 (或减弱 )，也就是呈现如热释电效应。 晶体的热释电效应与结构和成分密切相关。 根据理论分析和实验验证，电气石为 3m点 群，有一个三次轴和 3个互成 120176。 的 对称面，晶体的 c轴与三次轴平行 （如图 3）。 3个 a轴与 3个 对称面 平行。 当温度变化时，电气石晶体在沿其三次轴 L3的两端便产生数量相等、符号相反的电荷。 电气石的热电性是一种带电的、不对称的，非简谐性振动，热电系数 K随温度的升高而呈非线性增加。 图 3 电气石晶体极射赤平投影 晶体的热释电效应强弱度量 , 可以用热释电系数来表示。 设晶体整个均匀地发生微小的温度 变化 Δ T，则自发极化矢量 Ps的变化为 Δ Ps=PΔ T， P是一个矢量，一般有三个分量， Pi（ i=1,2,3）， Pi称为热释 电系数，单位为 C/（ m2 K）。 （三） 电气石热释电性的影响因素 电气石的热释电效应与电气石化学组成有密切关系，氧化铁含量对电气石的热释电效应有直接影响。 随氧化铁含量的增加 , 热释电效应逐渐减弱。 电气石的热释电性与温度的变化区间存在关系，取决于晶体在不同区间的晶格膨胀率导致的不同程度离子位移或电子云的偏移。 冀志江在同济大学学报提到 在 400900℃ 温度区间内热膨胀率和收缩率应是相等的，如果在该温度区间晶格产生了不可恢复性的弹性形变，可能加热与冷却产生的电荷量不会相等，所以，温度区间应是受限的 [11]。 三、 电气石 热释电性的应用 电气石作为环境功能材料已得到国内外环境 科学界的公认，研究证明由于自极化效应使得电气石具有一些环境功能属性如在无源条件下可产生负离子；具有远红外发射功能，发射率可达 ；电磁屏蔽功能；调节水的 PH值至中性；活化水分子等 [12]。 这些环境功能属性使得电气石具有广泛的应用。 （一） 电气石的红外辐射功能及其应用 红外线是电子波谱的一部分，其波长为 1000181。 m，介于可见光与微波之间。 电气石同时具有显著的压电性与热电性，即使在常温下，一旦环境压力或温度发生微弱变化，其内部分子振动增强，偶极矩发 生变化，即热运动使极性分子激发到更高的能级，当它向 下跃迁至较低能级时。