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1、某省卢氏锂电气石与红外辐射特性研究第一章前言1.1研究的目的和意义目前，随着时代的发展和对环境的重视，人们越来越倾向于选择使用低碳环保的产品。而电气石矿物以其独特的性质，无污染以及产品的高附加值,其开发应用越来越引起人们的重视。前人已对山东、西藏、新疆、云南等地的电气石都做过宝石矿物学分析及性能研究，但并未见河南卢氏锂电气石的相关报导。而不同产地的电气石从外观形貌到内部晶体结构、化学组成都存在较大差异，本文通过红外光谱测试、X射线粉晶衍射分析、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、化学全分析、红外辐射、差热分析等手段,对河南卢氏电气石的晶体
2、结构、形态特征、矿物组成、化学成分、应用性能及加热过程中的变化等进行研究，为电气石的开发应用提供可行的依据。我国电气石储量丰富，初步估计在千万吨以上，其中以黑电气石为主。过去人们一直将电气石以宝石对待，而对非宝石级的电气石应用研究不够重视。特别是河南卢氏本地的锂电气石，原矿年产量达100多吨，其中宝石级很少只占2%左右，大部分为非宝石级矿石。由于对这种电气石的理化性能方面缺乏研究，只能简单应用于涂料工业，价格低廉。本文想通过一系列性能测试，找到卢氏非宝石级锂电气石的合理应用渠道。1.2电气石的开发研究历史与现状1.2.1早期对电气石特性的认
3、识电气石最早来自于古锡兰，也就是今天的斯里兰卡，当地的工匠将不明身份的混装宝石统称为tourmaline。一直到1707年，才在JohnSchmidt的著作中提到电气石的一些特征，即它像磁铁一样，能吸附热的草木灰或燃烧过的煤灰，也能排斥它们。在中国古代宝石级电气石碧玺早在明朝就已经被用于装饰，但对它性质的研究却很少。真正的科学研究，还是始于1717年物理学家LouisLemery对其带电现象进行了科学的描述。1756年，Dr.Franz的一份报告中提出了电气石是由于加热产生电荷，而不是当时人们普遍认为的摩擦生电。电气石的热电性从此受到了关注
4、。对电气石电学性质的研究兴盛于19-20世纪，1880年法国的皮埃罗-查理兄弟证实了电气石具有压电性和热电性。当均匀的加热或者加压整个电气石晶体时,在晶体的对称轴两端会产生等量异号的电荷,是热电性和压电性使得电气石产生电荷,从而在电气石表面附近存在静电场,具有电场效应。1938年，YeouTa[1]提出电气石晶体可以用来做红外光谱探测器。之后，电气石在许多领域得到了应用，特别是在红外检测和热成像方面。然而由于BaTiO3等合成材料的研究，取代了电气石在热电学方面的应用，使得有关电气石的相关研究停滞下来，更多的转到矿物学，晶体学的研究方向。1
5、.2.2电气石的研究现状热电性和压电性当均匀的加热或者加压整个电气石晶体时,在晶体的对称轴两端会产生等量异号的电荷，具有电场效应。NaKamura[8]指出电荷的产生有两个,一个是自发极化效应导致,另一个是受热振动或应力导致。电气石的热电性是一种带电的,不对称的,非简谐振动。根据Donnay[9]的研究,热电效应主要由于晶体结构中心的3个八面体共有的0(1)的不对称,非简谐振动引起的。李雯雯[13]等对不同种属电气石进行了压电效应的定性实验及磁强度测试。结果表明:随着压力的增大,电气石晶体两端静电压逐渐增大,但两者之间无线性关系。不同种属电
6、气石压电性强弱表现为:锂电气石>铁电气石>镁电气石；晶体两端的压电性强于柱面。电气石晶体压电性强弱表现为晶面条纹越清晰，其压电效应越明显。自发极化性电气石的自发极化效应Ps表现为电气石周围静电场的存在,就像磁铁的磁极一样,有自发的磁性存在。电气石的磁性总体表现比较弱,磁性强弱与其折射率值及化学成分中全铁含量及折射率均成正比；磁强度大小表现为:铁电气石>镁电气石>锂电气石,铁电气石垂直C轴方向的饱和磁化强度和剩磁均高于平行C轴方向。第二章实验所用样品的及产状电气石主要生产国在国际上有俄罗斯、美国、缅甸、巴西等国家,非洲
7、也是盛产电气石的地区,在我国电气石储量丰富,主要报导产地有新疆、内蒙、云南、河北等地。目前已开采的几处较大规模的电气石矿的总储量已达到2000万吨以上[1]。目前已发现的电气石矿床主要有三种类型:①产于花岗伟晶岩中的铁-锂电气石系列；②产于石英脉中的气成热液矿床；③产于变质岩中的变质热液矿床。主要类型产于伟晶岩和气成高温热液矿床中,与绿柱石、黄玉、锂云母、独居石等共生[15]。电气石常见于热液矿床,利用电气石中dash;8000HZ之间表现最稳定，之后随着频率的增加，介电常数逐渐减小，但减小的幅度有限，其中镁电气石⊥C轴方向的介电
8、常数减小幅度较明显。7.电气石是好的红外吸收与发射材料。其最大的吸收带对应的波长为9--10μm，根据匹配吸收理论，当红外辐射源的吸收波长与被辐射物的吸收波长一致时，该物体
