舒適和健康功能的納米非金屬礦物
21世紀(jì)對(duì)寶石提出一個(gè)新概念，好看和耐用不是評(píng)價(jià)寶石的唯一標(biāo)準(zhǔn)。我們把舒適和健康功能以及利用環(huán)境的材料稱(chēng)為新一代的寶石。生命科學(xué)已解明疾病和衰老的根本原因就是氧化，防止氧化的物質(zhì)就是還原劑。對(duì)生命科學(xué)來(lái)說(shuō)，抗氧化劑物質(zhì)就是健康材料。人類(lèi)不可缺的糧食、肉、糖和食品添加物等酸性物質(zhì)實(shí)際上有時(shí)候也是有害健康的氧化物，疲勞過(guò)度也是氧化的原因。正離子加速氧化反應(yīng)，污染空氣含有大量的正離子，所以人們感到不舒服。讓人們感覺(jué)到舒服和有利于健康的是負(fù)離子。
中國(guó)古代就用健康材料，夏、商、周開(kāi)始用磬石砭術(shù)治病，孔子采用磬石養(yǎng)身（BC551-479）。在我國(guó)的古籍中記載著一中神奇的石料--磬石（古代稱(chēng)泗濱浮石）。它是古代制造石磬（樂(lè)器）和砭具（治�。┑牡V石，是一種微晶方解石，是以碳酸鈣為主要成分，喊有鈦、鉻、錳、鋅、鍶和稀土的有益于健康的礦石。遠(yuǎn)紅外輻射率高，對(duì)人有熱效應(yīng)，敲擊時(shí)發(fā)出可聽(tīng)見(jiàn)的聲音外，還發(fā)出頻率在2萬(wàn)赫茲的超聲波脈沖，至今沒(méi)有搞清楚其對(duì)人的健康生理。李時(shí)珍的《本草綱目》中有 106中礦石藥物。另外還有健康寶石：水晶----解除疲勞，提高效率；綠、紅寶石----提高生育能力；鉆石----精力旺盛，玉----遠(yuǎn)紅外輻射材料�！ �
麥飯石有稱(chēng)medical stone、heal stone:偏堿性礦石，36種元素，26種微量元素。用于水質(zhì)凈化、養(yǎng)殖、飼料、肥料、產(chǎn)生負(fù)離子；媳婦有害物質(zhì)（有機(jī)、無(wú)機(jī)）、保鮮、防腐及除臭。該石又被稱(chēng)為：長(zhǎng)壽石、凈化石、礦化水的健康石。
電氣石（Tounmaline）:純度高的稱(chēng)為碧璽（寶石的一種），有紅、藍(lán)、白、黑等多種顏色，一種獨(dú)特的具有自發(fā)激化電極、兼具有壓電性和熱電性的礦物。1989年日本學(xué)者KUBO證實(shí)了電氣石微粒周?chē)o電場(chǎng)的存在。產(chǎn)生負(fù)離子、活性水分子：粉塵吸附、凈化大氣;凈化水質(zhì)、殺菌除垢；電磁屏蔽等�！ �
絕大多數(shù)礦物和粘土都具有不同程度的空氣凈化功能；酸性和堿性礦物是天然的抗菌劑，多數(shù)礦物的遠(yuǎn)紅外輻射率高，均具有保溫隔熱做用�！ �
多孔礦物便具有調(diào)濕功能，和貯氫材料�？芍圃斐蔀槭孢m的功能建材和貯氫等能源材料。
1. 產(chǎn)生負(fù)離子的材料�！ �
空氣中離子對(duì)人體醫(yī)療和生理的影響的研究早在20世紀(jì)30年代就有論述。究竟空氣中對(duì)人有益的是什么離子，近些年來(lái)又引起世界的廣泛關(guān)注�！ �
1980年德國(guó)醫(yī)學(xué)界率先證明正離子多的地方人們得各種慢性疾病的比率高，發(fā)生交通事故也多。日本醫(yī)學(xué)界對(duì)空氣負(fù)離子的作用一直較為重視 ，進(jìn)行了大量的觀測(cè)和臨床實(shí)驗(yàn)證明了負(fù)離子對(duì)人體的健康有益，對(duì)人體健康有益的負(fù)離子是水化羥基離子，稱(chēng)為“負(fù)堿性離子”
1.1 負(fù)離子對(duì)人體健康的影響
�。�1） 負(fù)離子直接影響細(xì)胞膜的電位，提高細(xì)胞的各種功能，促進(jìn)新陳代謝，增加機(jī)體免疫力。
�。�2） 堿性離子可增加細(xì)胞的滲透性。增加吸氧量，改善肺功能�！ �
�。�3） 負(fù)離子通過(guò)呼吸進(jìn)入人體，調(diào)整血液的酸堿度，使之為弱堿性。堿性離子具有表面活性劑作用，使血管中的膽固醇形成膠體而分散，減輕血液中的絮凝，降低血壓�！ �
�。�4） 負(fù)離子具有安定自律神經(jīng)、控制交感神經(jīng)，改善睡眠效果。
�。�5） 增加發(fā)寒量，增加腦波a波，減輕疲勞�！ �
�。�6） 負(fù)離子的作用還有控制炎癥、鎮(zhèn)痛、抗癌，對(duì)肝硬化、糖尿病、神經(jīng)麻痹均有治療效果。
�。�7） 負(fù)離子具有清新空氣，消除臭味及抗菌做用。
1.2 產(chǎn)生負(fù)離子的可能機(jī)理
�。�1） 機(jī)械作用：空氣中分子的機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使空氣中水分子電離；由于空氣的熱運(yùn)動(dòng)，空氣分子產(chǎn)生摩擦、相互碰撞導(dǎo)致氣體分子的電離或電荷轉(zhuǎn)移；由于水的落差；由于水的落差，水分子與空氣摩擦或水分子之間的撞擊致氣體分子的電離或電荷轉(zhuǎn)移；
�。�2） 光作用、紅外線、紫外線、宇宙射線；
�。�3） 巖石和土壤的發(fā)射作用下，空氣中的分子與之電離；
�。�4） 靜電作用：外加電場(chǎng)作用使氣體電離或尖端放電氣體分子俘獲電子而成為負(fù)離子。所以，雷雨過(guò)后，空氣中負(fù)離子濃度高，空氣非常清晰；
�。�5） 化學(xué)能與生物能作用：各種化學(xué)反映、植物的光和作用、海洋的藻類(lèi)所提供的生物能量也可增加空氣中的負(fù)離子�？傊�，負(fù)離子的產(chǎn)生必須有能量的來(lái)源和負(fù)電荷的載體。
1.3 電氣石（Tourmaline）
日本對(duì)電氣石產(chǎn)生負(fù)離子及對(duì)人的健康影響作了教多研究，發(fā)現(xiàn)電氣石可產(chǎn)生負(fù)離子H3O2?-具有防腐、凈化空氣、除臭、抗菌、調(diào)整水質(zhì)等作用。
電氣石是一種天然晶體材料，屬三方晶系，呈復(fù)三方柱狀。電氣石的化學(xué)式為： XR3AL6B3O27（OH）4，其中X為Na、K、Ca，R為Mg、Fe、Mn、Li、和Al等，X 的種類(lèi)和量直接影響電氣石的顏色。
其產(chǎn)生負(fù)離子的原因，一般認(rèn)為其內(nèi)部存在永久性電極，電離空氣中的水分子而產(chǎn)生H3O2?-。電氣石能電解水的證據(jù)是分析在放有電氣石粉末的水面上的空氣中存在氫氣。
2．氧化物與稀土協(xié)同材料（Synergy materials）一些無(wú)機(jī)氧化物復(fù)合粉體也可在空氣誘發(fā)負(fù)離子。我們發(fā)現(xiàn)稀土的復(fù)合鹽也具有導(dǎo)致空氣中分子電離的功能，而增加空氣中負(fù)離子的濃度。稀土變價(jià)過(guò)程、電氣石的壓電與熱電將就以及低能輻射的協(xié)同作用，提高了產(chǎn)生自由基的濃度，并把自由基轉(zhuǎn)化為負(fù)離子，負(fù)離子產(chǎn)率可提高到2000個(gè)/cm3以上。
3凈化功能的礦物
絕大多數(shù)礦物在水介質(zhì)中：表面發(fā)生羥基化、具有荷電荷性；鹽類(lèi)和硫化物礦物表面—具有鹽基與硫基。因此，礦物表面產(chǎn)生極性、化學(xué)、吸附作用。
○1土壤和礦物表面—（形成）天然自?xún)艋到y(tǒng)；
○2多孔礦物：沸石、硅藻土、輕質(zhì)蛋白石、磷灰石、電氣石、石英、磁鐵—（均具有）過(guò)濾作用和吸附作用；
○3離子交換礦物：方解石、文石、碳酸鹽、沸石、粘土層等—可離子交換；交貨空氣中的金屬離子的功能；
○4氧化物半導(dǎo)體礦物光催化效用：從價(jià)帶激發(fā)到帶產(chǎn)生自由基與負(fù)離子，凈化、抗菌和產(chǎn)生負(fù)離子的效果。
4絕熱納米材料
1992年美國(guó)hunt.A.J提出超級(jí)絕熱材料(supper in Sulator)的概念。在預(yù)定的使用條件下，其導(dǎo)熱系數(shù)低于“無(wú)對(duì)流空氣”導(dǎo)熱系數(shù)的絕熱材料�？諝庵械闹饕煞值�?dú)夂脱鯕獾淖杂沙潭榷荚?0nm左右，因此只有在大部分氣孔尺寸都小于50nm時(shí)，材料內(nèi)部基本消除對(duì)流，使對(duì)流傳熱大幅度降低。許多研究表明：當(dāng)材料中的氣孔直徑小于50nm時(shí)，氣孔內(nèi)的分子就失去了自由流動(dòng)的能力，而相對(duì)地附著在氣孔上，這時(shí)材料近處的狀態(tài)近似于直孔狀態(tài)。同時(shí)，由于納米吸氣孔及極低的體積密度，使材料內(nèi)部會(huì)有極多的反射界面與散射微粒，可見(jiàn)光和紫外光反射率為95%以上。可以使材料不論是在高溫和常溫下均有低于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)。粉狀入≤0.020w/m.h，塊狀入≤0.014w/m.h 美國(guó)NASA的航天飛機(jī)的隔熱瓦是用陶瓷纖維析的骨架中充滿SiO2氣凝膠來(lái)實(shí)現(xiàn)的�！ �
SiO2氣凝膠(aeragels)是納米多孔非晶體態(tài)材料，孔洞率80~99.8%，孔尺寸1~100nm，比表面200—1000m2/q，密度3—500kg/m3，各種納米材料的此外光、可見(jiàn)光反射率風(fēng)圖2�？梢�(jiàn)光的反射率可以說(shuō)明隔熱程度。這一材料也可用于隔熱涂料及節(jié)能住宅外墻。
5 調(diào)濕功能納米材料
要求室內(nèi)溫度保持相對(duì)一定，溫度大時(shí)吸濕，干燥時(shí)放濕功能的材料稱(chēng)為調(diào)濕材料。濕度大時(shí)，空氣中的水分凝結(jié)水蒸氣，濕度小時(shí)凝縮水氣化。常溫蒸氣壓力P與毛細(xì)管的半徑R的關(guān)系為1np∝1/R。當(dāng)常溫相對(duì)溫度為40%時(shí)，R=3.2nm；相對(duì)溫度為70%時(shí)，R=7.4nm。由此原理，調(diào)濕材料設(shè)計(jì)成為進(jìn)水孔的半徑為7.4屆，出氣孔的氣化毛細(xì)孔半徑為3。2nm。納米SiO2，經(jīng)酸處理的海泡石、硅藻土都具有上述功能。吸放失量為12g/m2.h。
6 納米粘土
在高分子材料中加入粘土，可改善其力學(xué)、熱學(xué)和其它性能，已有十多年的應(yīng)用歷史。汽車(chē)：豐田、三菱汽車(chē)上都采用尼龍/粘土混雜材料，納米粘土量加入5%，提高剛度32%-50%，彈性模量提高98%。包裝材料：啤酒瓶中加入粘土的保鮮期由120天提高天200天。納米粘土可用于光催化材料的載體，應(yīng)用在空氣凈化和抗菌功能內(nèi)外墻材料等方面。
結(jié)語(yǔ)
21世紀(jì)對(duì)寶石提出新的要求，新的概念。韓國(guó)將玉（寶石）用于內(nèi)墻涂料及床墊等日常生活用品方面；而日本將寶石碧璽不僅用于健康功能建筑材料和日用品方面還進(jìn)一步用于環(huán)境和節(jié)能等方面。高技術(shù)和衣食住各種領(lǐng)域?qū)Ψ墙饘俚囊笤絹?lái)越多，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)很多的非金屬礦納米材料。我國(guó)的納米材料工廠有20多條生產(chǎn)線，但應(yīng)用量不多。非金屬礦物納米材料生產(chǎn)點(diǎn)為上千個(gè)生產(chǎn)線。天然礦物相對(duì)于納米材料具有含雜質(zhì)或有害元素、不十分規(guī)則等缺點(diǎn)，需經(jīng)選別、分離、分級(jí)。主要優(yōu)點(diǎn)：成本低、大量生產(chǎn)，有廣大的市場(chǎng)前景。早已用于內(nèi)墻涂料、脫色、催化、塑料，造紙，食油，食品，化工等行業(yè)，現(xiàn)還要擴(kuò)大應(yīng)用范圍，就加快應(yīng)用基礎(chǔ)研究和加工技術(shù)研究以滿足國(guó)內(nèi)外的要求，進(jìn)一步挖掘新一代的寶石