天然矿物功能晶体材料电气石的研究进展3展杰,郝霄鹏,刘宏,黄柏标,陶绪堂(山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100)摘要:电气石是人类发现最早的压电、热释电材料,近年来的研究发现电气石具有辐射红外线、释放负离子、抗菌、除臭以及对水具有净化和优化作用,本文综述了天然矿物电气石功能晶体材料的研究进展,介绍了国内外有关电气石开发应用的情况,提出了进行相关性能机理研究的课题。关键词:电气石;天然矿物;功能晶体;性能;机理:O48文献标识码:A:100129731(2006)04205242041引言电气石(tourmaline)是各种电气石族矿物的总称。电气石的英文名称“tourmaline”,衍生于斯里兰卡的古僧伽罗语的“turmah”,意思是“未有证明身份的混合宝石”(mixedgemstones)[1]。结晶完好、色艳透明的电气石被视为与钻石、红宝石一样珍贵的宝石,在我国宝石级电气石的俗称为“碧玺”,在欧美被当作10月的生辰石,代表着平安和祝福,在国际宝石市场上,碧玺属于中高档次宝石,碧玺同海蓝宝石、蓝宝石、紫牙乌一样仅次于祖母绿,身价不菲[2～5]。电气石是人类发现最早的压电、热释电材料,近年来的研究发现电气石具有辐射红外线、释放负离子、抗菌、除臭以及对水具有净化和改善的性能和作用,因此,电气石逐渐成为热门的天然矿物功能晶体材料,受到世界各国的普遍重视,美、日、韩以及一些欧洲国家在电气石的开发应用方面处于领先水平[1,6～13]。近年来国外有关电气石应用的专利数急剧增长,而国内在这方面的研究应用还较少,迄今,有关电气石的应用非常火爆,商品广告琳琅满目[7～14]。然而,国内外对电气石及其神奇功能仍缺乏相关基础研究和应用基础研究,科学解释依然肤浅,这在某种程度上制约了电气石的进一步开发和应用[13,14]。因此,开展对电气石微晶所具有的奇特性能及其内在机理的基础研究,如永久偶极、热释电效应,特别是如何持续释放负离子、辐射远红外线、抗菌、除臭和对水的处理,以及电气石生物效应的本质等相关性能和机理研究,对于电气石的改性和深加工,以增强电气石微晶的奇特性能,更好的开发应用电气石资源具有非常重要的意义。本文综述了天然矿物电气石功能晶体材料的研究进展,重点介绍了电气石性能的研究进展,介绍了国内外有关电气石开发应用研究进展,针对目前电气石某些性能的广泛应用前景,提出了进行相关性能机理研究的课题。2电气石的研究进展2.1电气石矿物学及晶体学研究电气石富含挥发组分硼和水,所以多与气成作用有关,多产于伟晶岩及气成热液矿中,变质岩和变质矿床中亦有产出[1,16]。电气石的主要出产国有南美的巴西、墨西哥,欧洲的奥地利、捷克、意大利,以及南非、美国、俄罗斯、缅甸,我国也是电气石资源十分丰富的国家,主要产地有新疆、内蒙、云南、广西、山东、辽宁等地[1,17]。电气石单晶体呈短柱状,长柱状甚至针状。最常见的单形是三方柱{1010}和六方柱{1120},同时柱面上常有纵纹,并因而使晶体的横断面呈弧线三角形。电气石族矿物的形态随不同的地质生长环境和成分有所差异,一般呈平行状、分歧状、放射状团簇存在[1,15]。电气石族矿物的化学组成十分复杂。对于电气石的晶体结构的测定,不同学者所作的结构分析结果颇有分歧,直到50年代才确认了电气石晶体结构,比较公认的晶体---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---结构模式如下:硅氧四面体组成的[Si6O18]12-六联环,而Mg2+与O2-及(OH)-组成层状的水镁石型结构,3个Mg2O4(OH)2配位八面体与六联环相接,共用硅氧四面体角顶上的一个O2-。3个配位八面体的交点,适位于联环的中轴线上,被(OH)-所占据。在该(OH)-离子的对角处,也是(OH)-离子的所在。(BO3)3-三角形与配位八面体层共用一个O2-,(见图1)。电气石晶体结构属于三方晶系,空间群为R3m,电气石为具有单向极轴的异极性矿物,三重对称轴为c轴,垂直于c轴无对称轴和对称面,也无对称中心。电气石结构中硅氧四面体的顶角氧原子O6指向同一方向,即电气石的正极(analogouspole)[1,15,18,19]。在确认了电气石晶体结构的基础上,才提出了电气石比较合理的成分,其化学通式为:XY3Z6[Si6O18][BO3]3(O,OH,F)4,其中X=Ca、K、Na,Y=Fe2+、Mg2+、Al、Li、Fe3+、Mn2+,Z=Al...