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    高红外辐射陶瓷材料的应用及发展趋势分析

    时间:2020-12-10 08:02:28 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站


      摘 要:陶瓷材料有很好的红外辐射性能,它属于环保型绿色材料,拥有广阔的市场前景。近年来,国内外都对其进行了深入的研究,在其他学者研究成果的基础上,分别介绍了红外陶瓷在医疗保健、抗菌和航天工程方面的应用情况,并为高红外辐射材料的未来发展做出了合理展望。
      关键词:高红外辐射;陶瓷材料;医疗保健;航天工程
      中图分类号:TQ174.7 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.038
      红外辐射也叫热辐射,它与人们的生产活动密切相关。从一定意义上讲,一切高于绝对零度的物体都会发生红外辐射。可以这么说,辐射是物体固有的一种属性,存在于自然环境的各个方面。纵观国内外的情况,世界上各个国家的高红外辐射材料大多都为陶瓷材料,而且随着科技的进步和各项技术的飞速发展,红外陶瓷材料已经应用于社会生活的各个方面。
      1 红外辐射的产生机理
      分子和原子的震动,再加上其内部的电子跃迁活动产生了红外辐射。在这个过程中,短波辐射与电子跃迁有密切的联系,而长波辐射则与晶格的振动特性相关。按照不同的产生机制,红外辐射可以分成3个主要区域,即近红外区、中红外区、远红外区。具体来讲,电子能级之间的跃迁和分子振动泛频区的振动光谱与近红外区相对应,而中红外区则与分子转动能级和振动能级之间的跃迁相对应,分子转动能级之间的跃迁则对应远红外区。总的来说,绝大部分陶瓷材料都是由多原子组成的大分子构成,再加上分子的对称性在振动过程中发生改变,引起了偶极距的变化。所以说,陶瓷材料具有较高的红外辐射率。
      2 高红外辐射陶瓷材料的应用
      2.1 节能低碳型的材料
      加热节能是高红外辐射陶瓷材料发展的主要方向之一。这一点在工业生产的过程中表现得尤为明显。在工业加热材料的内部涂上一层高红外辐射陶瓷材料,不仅能提高加热设备的传热效率,还能在一定程度上提高加热设备的能量利用效率。除此之外,陶瓷材料还具有抗氧化、耐高温和耐腐蚀的优点,在提高加热设备利用效率的同时,还可以延长设备的使用寿命,降低成本。
      2.2 保健和抗菌作用
      对于人体来说,高红外辐射陶瓷材料不仅可以增强血液的物质交换,还可以促进人体血液循环、流通,能明显改善人体的免疫力和人体细胞的组织再生能力。除此之外,生物的细胞壁能直接被红外辐射穿透,从而起到抑制细菌生长、繁殖的作用。所以,在日常生活中,常常可以看到添加了高红外辐射陶瓷材料制成的抗菌内衣和红外瘦身衣。另外,含有高红外辐射陶瓷材料的医疗器械还可以增强人体细胞的活力,使治疗效果更明显。
      2.3 建筑图层材料的应用
      在室内装潢方面,高红外辐射陶瓷材料可以起到活化室内空气的作用。此外,它还具有抗菌、净化空气等作用,是不可多得的环保型装潢材料。研究表明,在常温下,具有高红外辐射率的建筑陶瓷不仅在外观上略胜一筹,还能净化人们的居住环境,并对人体起到相应的抗菌、保健作用,是一种极其环保的建筑材料。
      2.4 优良的散热功能
      在航天航空领域,当航天器穿越大气层时,航天器外边的温度有时可以达到1 000 ℃以上。但是,如果在其外表涂上耐高温的高红外辐射陶瓷材料,可以有效抑制外部温度的升高,达到散热的目的,从而保证航天器的正常运行。可以说,将高红外辐射陶瓷材料应用于航空航天领域,有效解决了航天器在穿越大气层时遇到的高温问题,它的出现为我国航天事业的发展作出了巨大的贡献。
      总的来说,高红外辐射陶瓷材料未来的发展主要集中在以下3个方面:①纳米材料具有非常高的活性。红外陶瓷未来的发展方向就是研究和制备具有优异综合性能的高辐射纳米材料。②红外辐射机理也是日后的重要研究方向之一。③进入21世纪,绿色、健康型的常温远红外陶瓷材料将成为市场的主导产品,它拥有广阔的发展前景。除此之外,加快发展先进的制备技术也是未来红外陶瓷材料的发展重点。
      3 高红外辐射材料的发展趋势
      从目前情况来看,红外织物的制造和医疗保健通常是在常温下使用红外辐射陶瓷的,但它在建筑卫生陶瓷中的应用还不是很常见。究其原因,不仅是因为稀土和过渡金属氧化物的成本比较高,还因为这些材料的颜色比较深,在很大程度上影响了装饰的美观度。但是,从另一个方面讲,普通陶瓷材料的红外辐射率偏低,在一定程度上影响了其装饰的美观度。与其他材料相比,普通陶瓷材料的红外辐射率比较低,达不到使用标准。此外,建筑卫生用的红外陶瓷材料的工艺在配比上还不够成熟,相当多的产品还处于实验阶段。因此,相关人员深入探讨了材料的红外辐射及其燃烧机理,研究出了耐腐蚀、强度高、美观、高红外辐射率的建筑陶瓷材料。它的出现为社会创造了巨大的经济效益和社会效益。具体来说,高辐射常温红外陶瓷材料未来的发展主要集中在以下几个方面。
      3.1 寻找代替昂贵红外辐射材料的废弃物
      从研究高红外辐射材料的长远情况来看,受辐射机体辐射作用机理的影响,高红外辐射陶瓷材料将是未来该领域理论研究的重点内容之一。研究材料的红外辐射特性,能够帮助相关人员寻找到代替昂贵红外辐射材料的废弃物。
      3.2 加大对烧结机理的研究力度
      在工作过程中,应加大对烧结机理的研究,进而研发出具有高辐射功能梯度的材料,并全面了解陶瓷的烧制过程。在深入研究釉料与坯体相结合的原理后,制备出具有高辐射功能梯度的材料。同时,研究釉料与坯体之间因热膨胀系数与弹性模量不匹配而引起的脱落、干裂问题,以期研制出与坯体相匹配的高辐射功能梯度材料。除此之外,积极发展新的制备技术同样也是其未来发展的重要方向之一。从目前情况来看,常用的制备红外材料的方法有凝胶法、溶胶法和固相烧结法。客观来讲,虽然用溶胶法、凝胶法制备的红外辐射陶瓷粉体颗粒比较小,但效率不高,而且成本也不低。所以说,采用先进的制备技术制备常温红外辐射陶瓷材料对材料的红外辐射性能及其综合性能有很大的影响。这是实现红外陶瓷材料多功能化的前提。
      3.3 加大对日用新材料的开发力度
      在建筑卫生领域,绿色健康、具有杀菌和医疗保健作用的常温红外辐射陶瓷材料有广阔的发展前景。纳米级的颗粒具有高比表面积、高强度、高活性和低膨胀系数的优点,所以,研究和制备具有高辐射性能的红外陶瓷材料是其主要发展方向之一。
      3.4 材料复合及其功能的多样化
      将其他功能的材料与高辐射红外材料相结合,研发出具有复合功能的红外辐射陶瓷材料,并且实现产品功能的多样化,能够让红外辐射材料在不同的环境中发挥出不同的作用。这也是高红外辐射材料未来的重点研究方向之一。
      4 总结
      高辐射率是高红外辐射材料的基本特征,而且它还具有耐高温和耐腐蚀的优点。这些特点在工业加热节能领域是非常重要的,对提高工业能耗的利用效率有非常重要的意义。随着社会的发展和科技的进步,在人们的日常生活中,对高红外辐射材料的需求也比较大,其受到的关注也越来越多。客观来讲,虽然我国红外辐射材料的发展取得了一定的成效,但是,仍然存在许多不足。例如,对高辐射材料进行多样化的开发,延长高红外辐射材料的使用寿命,合理评价节能效果等。总体来看,高红外辐射材料还是要朝着成分复合化、纳米化和性能多样化三个方向发展。与此同时,还需要进一步加强红外辐射理论的研究和评价平台的建设。只有这样,才能实现高红外辐射材料的飞速发展,我国的红外产业才能够健康、快速的发展。
      参考文献
      [1]王峰,钱学强,李小伟,等.高红外辐射陶瓷材料的研究进展[J].硅酸盐通报,2015(01):143-148,155.
      [2]王黔平,郭相雄,王若鑫,等.高辐射红外陶瓷材料的研究进展及应用[J].陶瓷学报,2011(03):437-442.
      [3]张英,闻荻江.红外辐射陶瓷材料的制备及应用[J].苏州大学学报(工科版),2005(06):37-39.
      [4]饶瑞,孙国才,邢作云.高效红外辐射陶瓷材料的研究与应用[J].地球科学,1997(03):99,104.
      〔编辑:白洁〕
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