电气石的压电性和热电性研究_自然和谐_百度空间
1 电荷的产生
  一般认为,产生电荷是由于电气石具有热电性和压电性。Nakamura指出,电荷的产生有两个来源,一个是由自发的极化效应Ps导致,Ps=5Ps/dT,被称为初次热电效应;另一个是由晶体的热振动或受应力导致,在一定方向的电极化现象可表示为:I=S[(dPs/dT)+d33c33(dξ2/dT)]/dt.。括号中的3项分别代表初次极化效应、由热膨胀和压电压电效应导致的二次热电效应。根据计算,二次热电效应(300oC)可达I=2×10的10次方~3×10的10次方A,与观察到的现象想吻合。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随着温度增高而非线性增加。根据Donnay研究热电效应主要是由于晶体结构中心、3个八面体共有的0(1)的不对称、非简谐性振动引起的。在实验中,温度从193至393K变化时,它的重心偏移了0。005A,即标准偏差的10倍。这是惟一一个原子,其偏移量远远超出实验的误差许可。热电性也有可能与Na的O(2)有关,它们也存在异常大的温度系数,但没有大的位移。由于样品是不含Fe的锂电气石,应该考虑到Fe对热电效应的负作用,很多文献提到,黑电气石(Fe-电气石)几乎没有可检测到的热电效应。
  2 自发电极的存在与电场效应
  电气石自发的极化效应Ps表现为电气石周围静电场的存在,就象磁铁的磁极一样,有自发的磁性存在。自发电极的存在已为实验所证实,被解释为组成六连环的硅氧四面体siO44-角顶定向所致。电气石的自发电极,为{yj}性电极,不受外界电场的影响,其自发极化值是一个与温度无关的数值。Voigt检测了在室温下电气石晶体的自发极化值,得到Ps=0.011uC/cm2,是BaTiO3在室温下的1/2400。电气石的电场效应主要表现为:电场对水的电解作用;静电场对带电离子的吸附与中和作用。
  (1) 电场对水的电解作用
  由于自发极化效应,在电气石的周围存在着以C轴轴面为两极的静电场,E0=Ps/2?0。(a/r)3,a为电气石微粒半径,r 为距中心的距离。由此可知,在电气石表面厚度十几微米范围内存在10的7次方({zg}值)~10的4次方V/m的高场强。在静电场的作用下,水分子发生电解,形成H+和OH-,H+和水分子结合形成活性分子H3O+,活性分子具有极强的界面活性,可以吸引水中的杂质、污垢,起到净化水源的作用;OH-和水分子结合形成负离子,可以增加空气中的负离子数,改善人们的生活环境。
  (2) 静电场对带电离子的吸附与中和
  实验证实,静电场对处于其中的带电粒子有吸附作用,可以用于吸附粉尘、带电离子等。将电气石微粉分别置于pH=1、13的酸碱溶液中,1小时后H+、。OH-浓度显著减少,酸碱趋于中和。溶液中H+浓度与时间成线性关系:log[H+]=A-Bt,也可表示为:-d[H+]/dt=B[H+](A,B)为常数)
  电气石微粒与水的作用机制解释如下:通过电气石表面的高强静电场,表面十几微米范围内的H+、OH-离子被吸附到电气石的两极,与电解形成的H+和OH-中和,过多的H+以氢气的形式被释放出去。随着电气石表面H+离子的减少,在浓度差作用下,远处的H+离子不断向电气石表面移动直至达到平衡为止。H+离子的减少速率与水中H+浓度成正比。


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