增強電氣石釋放負氧離子功能的探討

席伯安

（無錫新躍環境科學發展有限公司，江蘇 無錫 214187）

增強電氣石釋放負氧離子功能的探討

席伯安

（無錫新躍環境科學發展有限公司，江蘇 無錫 214187）

負離子又稱為“空氣維他命”，具有調節人體離子平衡，促使身心放松，活化細胞，抑制身體的氧化或老化，提高自然治愈率等作用；電氣石晶體具有電位差，可產生永久的微弱電流，釋放出負離子。但是電氣石微弱電流制造的負離子普遍濃度較低，達不到防病治病的效果。本文在學習和借鑒國內外學術成果基礎上，通過在選料配伍、增強電極化、涂敷技術、淺膚工藝等方面深入研究，在提高電氣石釋放負離子濃度方面取得了一些成果，使生態負離子濃度達到106個/cm3以上。這為研制開發新一代凈化室內空氣，降解PM2.5超細顆粒物，提高疾病自然療效等方面的產品打下了良好的基礎。

電氣石；負離子；應用

1 引言

現代的社會環境，由于工業生產活動產生的汽車尾氣塵、燃油塵、餐飲油煙塵、建筑灰塵和煤煙塵等嚴重污染空氣，這些污染物在空氣中不是簡單疊加，而是彼此之間不斷進行化學、物理反應，使得污染變得十分復雜，因而導致各種怪病、難治性疾病、流行性疾病、共發性疾病不斷增加。這是因為大氣中的這些有害物質使得正離子增加，正離子的增強，使體內活性氧增多，使血液、體液傾向于酸性，尤其是降低了人體的免疫力，其后果是體內細胞攝取不到營養，蓄積的代謝物、二氧化碳無法得到排泄，導致毒素在體內堆積，引發各種疾病。

相反，負離子可以中和氧化物，使酸化了的血液、體液傾向于弱堿性，由此氧、營養成分被充分吸收進入細胞內，使細胞機能加強，提高人體自然治愈力。醫學研究表明，當負離子在700個/cm3以上時，使人感到空氣清新；當達到1 000個/cm3以上時，有利人體健康；如果能夠超過8 000個/cm3以上，就可以治療哮喘、慢性支氣管炎、燙傷、萎縮性鼻炎、萎縮性胃炎、神經性皮炎、神經官能癥、肺氣腫、偏頭痛及高血壓、冠心病等疾病，并對惡性腫瘤有一定療效。林金明等[1]認為在含有高濃度小粒徑負離子的空氣中，PM2.5、細菌、病毒等幾乎為零，飄塵去除率高達98%。可見，負離子對人體健康以至于對人類社會的發展有著重大意義。

2 電氣石產生負氧離子原理

目前國內外最先進的負離子發生技術，包括日、美、英、法、德等國，基本上都是采用負高壓源，將碳纖維制成放電電極(也稱為“放電天線”)，接通高壓后將碳纖維電極單極置入空間，使電極周圍的空間產生電離。同時利用負電場的電勢感應，將正離子中和還原，以得到一個純化的負離子場。該項技術的負高壓必須在8 000V以上，而且空間電離產生的負離子濃度只能達104～105/cm3，若用于疾病治療，該濃度偏低。而且當患者接受治療時，治療環境中的相對濕度變化，還會使電極發生電暈現象，由此而產生臭

氧。電暈式負離子發生器，對家用電器產生干擾，使室內產生二次污染(墻壁發黑)，產生臭氧，發生器裝置耗能大、壽命短，增加消費者使用和維修費用。顯然，上述負離子發生技術并不是產生負離子的合理方案。

電氣石(Tourmaline)是以含硼為特征的環狀結構硅酸鹽礦物，具有顯著的熱電性和壓電性。電氣石微粒釋放負離子的能力與它的電極化強度有直接關系，電極化強度越大，產生負離子的能力越強。張志湘等[2]研究表明電氣石的自極化效應是永久性的，利用電氣石自發極化產生的強電場可以增加羥基自由基的產生量。其主要原理是一方面電氣石可以促進水分子的離子化增加對空穴的捕獲；另一方面強電場作用可以減少電子—空穴的復合。晶體材料專家指出：由于電氣石會產生永久的電氣，所以周圍會形成電場，存在于電場內的水會被分解，產生與瀑布、森林等地自然產生的負離子相同的電氣石負離子，它與人工電器強制發生的負離子性質不同。

因此，用電氣石來產生負離子是比較好的選擇，既健康又節能，又不會產生臭氧。但電氣石產生負離子的數量和效率不如電暈式產生負離子技術。針對這一問題，進行了長期、深入的研究，在提高電氣石產生負離子效率方面，取得了一定的效果。

3 提高電氣石產生負離子的途徑

3.1 電氣石粉體中加入二氧化鈰

在電氣石粉體中加入適量二氧化鈰(CeO2)，利用該稀土元素的輻射能量高，半衰減期限長的特點，促進電氣石進一步對空氣的電離。對比試驗如下：

將兩份不同的電氣石粉料，分別均勻地平輔在兩個100mm×100mm紙舟內，同時分別放進兩個0.01m3玻璃試驗箱內，讓其自然釋放，用美國ALPhaLab公司生產，AIR ION COUNTER大氣離子測量儀，測量玻璃試驗箱內的空氣負離子濃度，測試結果見表1。

表1 兩種配比電氣石超細粉料釋放負離子濃度比較

實踐表明，復合配比的電氣石超細粉比未經配比的電氣石粉料負離子濃度高9倍以上，Γ射線與自然環境相同。

電氣石與二氧化鈰復合配比，其產生高濃度負離子的原因可能是：二氧化鈰中的Ce4+在光照下轉化成Ce3+，在轉化過程中電子—空穴復合幾率降低，再在電氣石電場作用下，部分電子被迫隨電場方向定向移動，復合幾率進一步減少，電子—空穴復合幾率的降低，為電氣石/二氧化鈰復合粉體表面積聚了離解空氣分子的大量能量，從而產生高濃度的空氣負離子，同時Ce3+很快氧化成Ce4+，繼而重復前面的轉化。

3.2 淺膚工藝

淺膚工藝是依據交流電集膚效應而來的。當交流電通過導體時，電流將集中在導體表面流過，這種現象就叫集膚效應。

曹南萍等[3]研究指出：電氣石球與水發生能量轉換和接觸反應的過程僅局限于球外表面一個薄層上，球內部的電氣石并未起到任何作用，等于白白浪費了。

電氣石產生電荷的總量與垂直于c 軸的橫截面積成正比，和晶體片的厚度無關。熱釋電量的大小與溫度變化區間存在的關系，取決于晶體在不同區間的晶格膨脹率導致的不同程度離子位移或電子云的偏移[4]。

電氣石/二氧化鈰復合粉體經過配比、稀釋、涂敷在載體上，載體表層積聚了離解空氣分子的大量能量，從而產生高濃度的空氣負離子。在這載體表層再涂敷上一層單獨電氣石粉層進行如下試驗研究。

3.2.1 試驗條件

取兩種配比(復合粉體和單獨電氣石)超細粉各30g；粘結劑適量用以稀釋成漿料280g；460mm× 460mm方形進口牛皮紙2張，(460mm是0.1m3玻璃試驗箱單邊面積)；0.1m3玻璃試驗箱一個，試驗箱一面的中央開一個能安放測量儀器的小窗口(40mm× 40mm)；6V、100mA微型風扇一臺。

測量儀器：美國ALPhaLab公司生產，AIR ION COUNTER大氣離子測量儀。

3.2.2 試驗方法

(1) 試驗第一層。

將粘膠劑按照一定比例，分別調制成電氣石漿料；分別涂敷在460mm×460mm的牛皮紙上，電氣石涂層厚度0.3mm，讓其自然干燥；余下的電氣石漿料分開待用(注：涂敷的紙張和余下的漿料不要相互搞錯)；兩張中任意選擇一張：展開，貼放在0.1m3玻璃試驗箱測量口對面，電氣石涂層面向測試儀器；開啟微型風扇，分時段(10min、30min、1h)測量試驗箱內負離子濃度。再用同樣的方法測試另外一張紙的負離子濃度。

(2) 試驗覆蓋層。

將待用的漿料，交叉覆蓋涂敷(即單獨電氣石的那張紙上涂復合粉體的漿料；復合粉體的紙上涂單獨電氣石的漿料)在兩張紙上，涂層與第一次相同，注意不可露白，待自然干燥后，再用上面同樣的方法測試其負離子濃度。

(3) 試驗結果。

電氣石淺膚工藝試驗結果見表2。

表2 電氣石淺膚工藝釋放負離子濃度比較(個/cm3)

取以上各測試10次數據的平均值，單獨電氣石第一層為12 533個/cm3，復合粉體第一層為35 900個/ cm3；經交叉覆蓋涂敷，單獨電氣石平均值升為37 200個/cm3，而復合粉體的反降為18 866個/cm3。

由此可見，試驗數據和上述理論證實：電氣石負離子只能在淺表層獲得釋放，而涂敷在下層的涂層被上層覆蓋無法與空氣接觸、產生電解、釋放空氣負離子。這一試驗充分證實淺膚工藝的理論依據，同時也為節省原材料，降低生產成本提供了有益的嘗試。3.3 蜂窩技術

通過對蜜蜂構筑的蜂窩進行長期、深入的研究發現，蜂窩結構節省材料而且堅固美觀，蜂窩對人類認識世界、改造世界產生了非常重要的影響。如今在飛機制造、橋梁和建筑物中廣泛使用蜂窩式結構，取得了成倍提高強度、大幅節約材料的效果。蜂窩技術可以使復合電氣石的電極化表面積成倍地擴大。

實踐中發現，用電氣石粉刷的墻體負離子涂料，盡管滿墻涂滿了電氣石粉體，但室內的負離子濃度并不高，每立方厘米僅幾百個，不能達到凈化室內空氣、防病治病的效果(8 000個/cm3以上)，但耗費的電氣石材料卻很多。研究表明，將上述表面涂敷復合電氣石粉料的試紙，卷起來堆疊成蜂窩形(見圖1)，在自然環境中測試，結果發現，比放在玻璃試驗箱里的平板形的電氣石載體測得負離子濃度成倍的增加，原因是，蜂窩體幾何比表積可以達到800～2 000m2/m3，差不多是平面的十倍。

圖1 蜂窩式結構

蜂窩體形狀可以是正方形、正六角形、正三角形、圓形、矩形、橢圓形等，試驗結果表明：正六角形最佳，圓形次之，矩形第三位。

樣品經上海市環境保護產品質量監督檢驗總站檢測報告如表3。

表3 檢測報告

3.4 阿基米德螺線技術

3.4.1 基本原理

阿基米德螺線(阿基米德曲線)，亦稱“等速螺線”。當一點P沿動射線OP以等速率運動的同時，該射線又以等角速度繞點O旋轉，點P的軌跡稱為“阿基米德螺線”(見圖2)。

圖2 阿基米德螺線原理

3.4.2 原理的應用

運用阿基米德螺線原理，進一步擴大電氣石涂敷的截面積，增強電氣石電極化效應。電氣石晶體自極化的存在導致“自然電極”的出現。顆粒越小，粉體比表面積越大，表面電荷量越多，顆粒附近的電場強度越強，這種強電場與空氣中水分子作用產生大量空氣負離子。用復合電氣石涂料經雙面涂敷的載體，運用阿基米德螺線原理自內至外，由小到大，一圈套一圈，形成了無數個大小不等的筒體，它們之間留有間隙，呈現了層與層之間涂層既間隔又流通，筒與筒之間的空氣既阻隔又暢通的巨大渦旋體(見圖3)，這個渦旋體到一定體積時，形成了一個極性晶體巨大的電

矩，所積聚的大量能量與空氣中的水分子發生很強的電離作用，天然地釋放和蓄儲高濃度的純天然空氣負氧離子，加之含有稀土元素的材料，其衰變產生的電子流與空氣分子相碰撞，進而電離空氣分子，使空氣負離子濃度進一步增加。

圖3 阿基米德螺線結構

3.4.3 對比試驗

(1) 用阿基米德螺線體與蜂窩體所產生的負離子釋放效果做對比試驗。

如圖1蜂窩體單孔邊為1cm的六角形，其載體用料寬度為7cm，(加1cm粘邊)長度為30cm，每孔用料為0.021m2，共37孔，總用料0.777m2，單面涂敷。

如圖3b方形螺線體內圈直徑為2cm，每圈間隔1cm，共5圈，長15cm，用料86cm×15cm，為0.129m2，由兩組組成，總用料0.258m2，雙面涂敷，截面積為0.516m2。

(2) 試驗方法。

在自然環境下，直接用AIR ION COUNTER大氣離子測量儀，緊靠它們的釋放口進行測試，其對比效果見圖4。

圖4 阿基米德螺線體與蜂窩體空氣負離子釋放濃度對比

(3) 試驗結果。

以上對比試驗的結果：①蜂窩體總用料0.777m2，縲線體總用料0.258m2，比蜂窩體省料3倍多；②蜂窩體涂敷面積0.777m2，縲線體涂敷面積0.516m2(雙面)，其負離子濃度高30%；③制作工藝：蜂窩體需單孔制作然后組裝，比較費工耗料，縲線體可以大面積施工，成形方便，省時省料；④縲線體筒體套筒體電子流通比較活躍，與空氣中水分子作用廣泛，釋放和蓄儲負離子濃度較高。

阿基米德螺線體可以根據產品需要采用圓形體、橢圓形體、正方形體、長方形體等。

3.5 電氣石負離子發生器與電暈式負離子發生器對比

電氣石負離子發生器相比電暈式負離子發生器具有明顯的優勢，對比結果見表4。

表4 電氣石負離子發生器與電暈式空氣負離子發生器對比

4 結語

(1) 電氣石會形成永久電場，其周圍的水會被電解，產生與瀑布、森林等地自然產生的負離子相同的電氣石負離子，它與人工電器強制發生的負離子性質不同。

(2) 通過深入試驗研究發現，在電氣石中添加CeO2可以大幅增加負離子產率；電氣石材料只在表層有極化效應，內部電氣石不起作用，所以宜將電氣石制成涂層材料使用；將負載有電氣石涂層的物體制成蜂窩形，可以擴大極化效應，其負離子產率是平面電氣石產品的8～10倍；阿基米德螺線型出口，可使電氣石涂層釋放負離子的濃度進一步加大。

(3) 將以上技術集成運用所開發的XY-801純天然空氣負離子泵，泵體可以釋放負離子接近200 000個/cm3，有較好的疾病自然療效，而能耗極低且無臭氧產生。該集成還可進一步運用于辦公室、居室、汽車、空調以及醫療等領域。

[1]林金明，宋冠群，趙利霞，等.環境、健康負離子[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]張志湘，馮安生，郭珍旭.電氣石的自發極化效應在環境與健康領域的應用[J].中國非金屬礦工業導刊，2003(1)：47-49.

[3]曹南萍，南小英，黎榮奎.在蜂窩陶瓷通道表面上燒結電氣石薄層[J].中國非金屬礦工業導刊，2005(6)：43-45.

[4]冀志江.電氣石自極化及應用基礎研究[D].北京：中國地質大學，2003.

Discussion on the Improvement of Negative Air Ions Release From Tourmaline

XI Bo-an
(Wuxi Xinyue Invironmental Science Development Co., Ltd., Wuxi 214187, China)

Negative ions are also called 'the air vitamin', they can make balance of human ions, release both body and mind, activate cells, prevent body from oxidation or being ageing, and increase rate of natural healing, etc. Tourmaline crystals have electrical potential difference, which produces permanent weak current, and releases negative ions. However, in general the current produced by tourmaline is too weak and the concentration of negative ion made is so low that it can not prevent and cure diseases. In this article, we learn and use worldwide academic results, and make deep study on aspects of selecting materials, increasing electric polarization, coating techniques, surface painting techniques, etc, and have some results in increasing the concentration of negative ion released by tourmaline, which makes the density go above 106/cm3. This lays good foundations in developing new products on air purification, PM2.5 ultrafine particle degradation, and improving the effect of natural healing in diseases, etc.

tourmaline; negative ion; application

P578.953；TD985

A

1007-9386(2015)02-0019-04

2014-09-02