專利名稱：核元素在作為空氣負(fù)離子發(fā)生材料中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及幾種核元素，具體的說，涉及幾種核元素的新用途。
背景技術(shù)：
在森林山地、噴泉瀑布、海濱湖濱等人們倍感舒心愉快的地方，都可以檢測到高濃度的空氣負(fù)離子。1889年德國科學(xué)家埃爾斯特和格特爾發(fā)現(xiàn)空氣負(fù)離子的存在，1902年科學(xué)界肯定了空氣負(fù)離子的生物學(xué)意義，現(xiàn)在空氣負(fù)離子對人體的保健療養(yǎng)作用已經(jīng)被廣大醫(yī)學(xué)界所認(rèn)同，這一切都極大地促進(jìn)了空氣負(fù)離子生態(tài)資源開發(fā)和生態(tài)旅游。同時，對空氣負(fù)離子的產(chǎn)生方法、空氣負(fù)離子發(fā)生功能材料、生物/醫(yī)學(xué)作用及對人類有保健功能的物理化學(xué)機理等相關(guān)領(lǐng)域的研究也在不斷的深入。
1998年日本學(xué)者Kubo等發(fā)現(xiàn)電氣石具有永久電極，并利用電氣石的這一特性電離空氣中的水分產(chǎn)生空氣負(fù)離子，從此，電氣石被國內(nèi)外廣泛用于發(fā)生空氣負(fù)離子材料中，與此同時，人們普遍把天然礦物具有空氣負(fù)離子發(fā)生功能的原因歸于壓電、熱電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有空氣負(fù)離子發(fā)生原因上存在的技術(shù)誤區(qū)，證實天然礦物產(chǎn)生空氣負(fù)離子的原因可以是含有放射性核素，并將放射性核素應(yīng)用于空氣負(fù)離子發(fā)生材料。
本發(fā)明經(jīng)過大量的試驗，證實天然礦物具有空氣負(fù)離子發(fā)生功能的原因并非一定是天然礦物的壓電、熱電性能；而是因為含有放射性核元素，如鉀-40、釷-232、鐳-226或鈾-238?？蓪⑩?40、釷-232、鐳-226或鈾-238用于制備能產(chǎn)生空氣負(fù)離子的功能材料。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)含有微量鉀-40、釷-232、鐳-226或鈾-238的天然礦物主要是硅酸鹽類礦物。可以是島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽(如鋯石、電氣石)，也可以是層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽(如云母、伊利石)和架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽(如長石)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明克服了現(xiàn)有空氣負(fù)離子發(fā)生原因上存在的技術(shù)誤區(qū)，證實了某些天然礦物產(chǎn)生空氣負(fù)離子的原因是含有放射性核素，并將適量的放射性核素應(yīng)用于空氣負(fù)離子產(chǎn)生材料的研究，可制備出空氣負(fù)離子產(chǎn)生器或功能材料，應(yīng)用前景廣闊。


圖1為樣品1的熱釋電電流與溫度關(guān)系圖；圖2為樣品5的熱釋電電流與溫度關(guān)系圖；圖3-A為樣品1的背散射電子圖像；圖3-B為樣品1的局部能譜分析圖；圖4-A為樣品5的背散射電子圖像；圖4-B為樣品5的局部能譜分析圖。
具體實施例方式
實施例1 能發(fā)生空氣負(fù)離子的天然礦物的可以是沒有壓電和熱電效應(yīng)特征采集來自不同地區(qū)的礦物，用離子測定儀(日本ECO-HOLISTIC INC.公司EB-13型)對它們的空氣負(fù)離子發(fā)生量進(jìn)行了測定，結(jié)果見表1。
表1 幾種天然礦物產(chǎn)生空氣負(fù)離子的量及其主要成分

表1中的天然礦物都具有一定的空氣負(fù)離子發(fā)生功能，其中除了樣品1是被廣泛使用的具有壓電、熱電特性的電氣石外，其他樣品并不具有壓電、熱電特性，但它們的空氣負(fù)離子發(fā)生量卻和樣品1接近(如樣品2，3，4，5)，樣品6甚至大大超過樣品1。
實驗測定表明樣品1(電氣石)在室溫下僅有微弱的壓電效應(yīng)，其d33系數(shù)為3微庫/牛頓(測量精度為1微庫/牛頓)，而主成分為白云母和a-石英的樣品5完全沒有壓電效應(yīng)(圖1、2)。
由此可見，對于發(fā)生空氣負(fù)離子的天然礦物而言，其具有壓電、熱電效應(yīng)并不是發(fā)生空氣負(fù)離子的必要條件，也就是說還有其他因素導(dǎo)致礦物具有空氣負(fù)離子發(fā)生功能。
實施例2 放射性元素產(chǎn)生空氣負(fù)離子的驗證實驗利用X-射線能譜儀(英國Oxford公司Link ISIS-300)和等離子體原子發(fā)射光譜(美國TJA公司IRIS Advantage(HR))，在兩種儀器可檢測的元素范圍和檢測靈敏度范圍內(nèi)對上述實施例1所述天然物質(zhì)的元素組成進(jìn)行了分析，按元素含量的多少大致分組列于表2中。從元素的組成特征可以看出這些礦物含有多種稀土元素和天然原生放射性核素，值得注意的是這些礦物中個別天然原生放射性核素(如樣2，3，4，5的40K，豐度0.0117％，樣6的174Hf，豐度0.162％)的量明顯較高。
表2 幾種礦物材料的元素組成

a.“主要元素”元素含量≥20mg/gb.“常量元素”10mg/g≤元素含量＜20mg/gc.“少量元素”1mg/g≤元素含量＜10mg/gd.“微量元素”元素含量＜1mg/g
e.“可能微量”元素含量＜10μg/g，ICP檢測時只有一條譜線的信息，或在不靈敏線出現(xiàn)，其它譜線受基體干擾或不存在f.“可能存在”元素含量＞10μg/g，ICP檢測時只有一條譜線的信息，或與標(biāo)準(zhǔn)相比，發(fā)射信號有偏移，且其它譜線受基體干擾*.天然原生放射性核素；黑體.稀土元素。
利用γ能譜儀(美國ORTEC公司)對樣品1，樣品5和樣品6進(jìn)行的放射性核素分析(表3)，其結(jié)果表明樣1樣品中238U、40K含量低于廣東省土壤放射性核素分析的相應(yīng)均值，而323Th、226Ra含量稍高于相應(yīng)均值，但在其波動范圍之內(nèi)。而樣品5中的放射性核素238U、323Th、226Ra含量接近廣東省土壤放射性核素分析的相應(yīng)均值，但40K含量大于均值接近波動范圍的上限。樣品6雖然40K的含量很低，但其的238U、226Ra含量大大超出廣東省土壤放射性核素分析范圍的上限，同時232Th的含量雖沒有超出上限，但也是三個樣品中最高的。作為天然礦物本底輻射產(chǎn)生根源的天然放射性核素，其放射線具有使空氣發(fā)生電離的能力，如232Th或238U衰變所產(chǎn)生的a射線就可以非常有效的使空氣發(fā)生電離，一個能量7MeV的a粒子在0℃，1.013×105Pa(1大氣壓)的空氣中的射程為6cm，在此軌跡上能產(chǎn)生約2.1×105個離子對(一個電子和一個一價正離子)。40K的半衰期1.26×109年，是β、γ輻射體，含鉀物質(zhì)中總有放射性，是環(huán)境天然輻射本底的主要貢獻(xiàn)者。β粒子在其射程上能造成1×103至2.7×103離子對。由此可見，含有微量的天然發(fā)射性核素是這些天然礦物具有負(fù)離子發(fā)射功能的真正原因。
表3 放射性核素測試分析

實施例3 天然放射性核素在礦物中的分布利用電子探針分析(日本電子JXA-8800R型)對樣品1和樣品6中放射性核素的分布進(jìn)行了初步分析，40K由于是礦物的主要組成成分，它彌散于整個礦物中，對于其它放射性核素，它們的集中在某些特定區(qū)域的包裹礦物里，而不是彌散在整個主體礦物中的。
權(quán)利要求
1.核元素在作為空氣負(fù)離子發(fā)生材料中的應(yīng)用。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述核元素為鉀-40、釷-232、鐳-226或鈾-238。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于，所述空氣負(fù)離子發(fā)生材料可以是含有鉀-40、釷-232、鐳-226或鈾-238的天然礦物，或用這類含有鉀-40、釷-232、鐳-226或鈾-238的礦物作為功能添加劑制造發(fā)生負(fù)離子的人工材料。
4.如權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于，所述含有鉀-40、釷-232、鐳-226或鈾-238的天然礦物為硅酸鹽類礦物。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述硅酸鹽類礦物為鋯石、電氣石、云母、伊利石或長石。
全文摘要
本發(fā)明涉及幾種核元素，公開了幾種核元素的新用途。本發(fā)明克服了現(xiàn)有空氣負(fù)離子發(fā)生原因上存在的技術(shù)誤區(qū)，證實了天然礦物產(chǎn)生空氣負(fù)離子的原因是含有放射性核素鉀－40、釷－232、鐳－226或鈾－238，并將這些放射性核素應(yīng)用于空氣負(fù)離子產(chǎn)生材料的研究，可制備出空氣負(fù)離子產(chǎn)生器或功能材料，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號C01B13/10GK1912479SQ200610036640
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者曾漢民, 張堃, 曾斌, 胡傲 申請人:中山大學(xué)