高紅外輻射陶瓷材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)分析

江波

摘 要：陶瓷材料有很好的紅外輻射性能，它屬于環(huán)保型綠色材料，擁有廣闊的市場(chǎng)前景。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，在其他學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，分別介紹了紅外陶瓷在醫(yī)療保健、抗菌和航天工程方面的應(yīng)用情況，并為高紅外輻射材料的未來(lái)發(fā)展做出了合理展望。

關(guān)鍵詞：高紅外輻射；陶瓷材料；醫(yī)療保健；航天工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ174.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.038

紅外輻射也叫熱輻射，它與人們的生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)。從一定意義上講，一切高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)發(fā)生紅外輻射。可以這么說(shuō)，輻射是物體固有的一種屬性，存在于自然環(huán)境的各個(gè)方面。縱觀國(guó)內(nèi)外的情況，世界上各個(gè)國(guó)家的高紅外輻射材料大多都為陶瓷材料，而且隨著科技的進(jìn)步和各項(xiàng)技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外陶瓷材料已經(jīng)應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)方面。

1 紅外輻射的產(chǎn)生機(jī)理

分子和原子的震動(dòng)，再加上其內(nèi)部的電子躍遷活動(dòng)產(chǎn)生了紅外輻射。在這個(gè)過(guò)程中，短波輻射與電子躍遷有密切的聯(lián)系，而長(zhǎng)波輻射則與晶格的振動(dòng)特性相關(guān)。按照不同的產(chǎn)生機(jī)制，紅外輻射可以分成3個(gè)主要區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)。具體來(lái)講，電子能級(jí)之間的躍遷和分子振動(dòng)泛頻區(qū)的振動(dòng)光譜與近紅外區(qū)相對(duì)應(yīng)，而中紅外區(qū)則與分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)和振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷相對(duì)應(yīng)，分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的躍遷則對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)紅外區(qū)。總的來(lái)說(shuō)，絕大部分陶瓷材料都是由多原子組成的大分子構(gòu)成，再加上分子的對(duì)稱(chēng)性在振動(dòng)過(guò)程中發(fā)生改變，引起了偶極距的變化。所以說(shuō)，陶瓷材料具有較高的紅外輻射率。

2 高紅外輻射陶瓷材料的應(yīng)用

2.1 節(jié)能低碳型的材料

加熱節(jié)能是高紅外輻射陶瓷材料發(fā)展的主要方向之一。這一點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中表現(xiàn)得尤為明顯。在工業(yè)加熱材料的內(nèi)部涂上一層高紅外輻射陶瓷材料，不僅能提高加熱設(shè)備的傳熱效率，還能在一定程度上提高加熱設(shè)備的能量利用效率。除此之外，陶瓷材料還具有抗氧化、耐高溫和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，在提高加熱設(shè)備利用效率的同時(shí)，還可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低成本。

2.2 保健和抗菌作用

對(duì)于人體來(lái)說(shuō)，高紅外輻射陶瓷材料不僅可以增強(qiáng)血液的物質(zhì)交換，還可以促進(jìn)人體血液循環(huán)、流通，能明顯改善人體的免疫力和人體細(xì)胞的組織再生能力。除此之外，生物的細(xì)胞壁能直接被紅外輻射穿透，從而起到抑制細(xì)菌生長(zhǎng)、繁殖的作用。所以，在日常生活中，常常可以看到添加了高紅外輻射陶瓷材料制成的抗菌內(nèi)衣和紅外瘦身衣。另外，含有高紅外輻射陶瓷材料的醫(yī)療器械還可以增強(qiáng)人體細(xì)胞的活力，使治療效果更明顯。

2.3 建筑圖層材料的應(yīng)用

在室內(nèi)裝潢方面，高紅外輻射陶瓷材料可以起到活化室內(nèi)空氣的作用。此外，它還具有抗菌、凈化空氣等作用，是不可多得的環(huán)保型裝潢材料。研究表明，在常溫下，具有高紅外輻射率的建筑陶瓷不僅在外觀上略勝一籌，還能凈化人們的居住環(huán)境，并對(duì)人體起到相應(yīng)的抗菌、保健作用，是一種極其環(huán)保的建筑材料。

2.4 優(yōu)良的散熱功能

在航天航空領(lǐng)域，當(dāng)航天器穿越大氣層時(shí)，航天器外邊的溫度有時(shí)可以達(dá)到1 000 ℃以上。但是，如果在其外表涂上耐高溫的高紅外輻射陶瓷材料，可以有效抑制外部溫度的升高，達(dá)到散熱的目的，從而保證航天器的正常運(yùn)行。可以說(shuō)，將高紅外輻射陶瓷材料應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，有效解決了航天器在穿越大氣層時(shí)遇到的高溫問(wèn)題，它的出現(xiàn)為我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。

總的來(lái)說(shuō)，高紅外輻射陶瓷材料未來(lái)的發(fā)展主要集中在以下3個(gè)方面：①納米材料具有非常高的活性。紅外陶瓷未來(lái)的發(fā)展方向就是研究和制備具有優(yōu)異綜合性能的高輻射納米材料。②紅外輻射機(jī)理也是日后的重要研究方向之一。③進(jìn)入21世紀(jì)，綠色、健康型的常溫遠(yuǎn)紅外陶瓷材料將成為市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，它擁有廣闊的發(fā)展前景。除此之外，加快發(fā)展先進(jìn)的制備技術(shù)也是未來(lái)紅外陶瓷材料的發(fā)展重點(diǎn)。

3 高紅外輻射材料的發(fā)展趨勢(shì)

從目前情況來(lái)看，紅外織物的制造和醫(yī)療保健通常是在常溫下使用紅外輻射陶瓷的，但它在建筑衛(wèi)生陶瓷中的應(yīng)用還不是很常見(jiàn)。究其原因，不僅是因?yàn)橄⊥梁瓦^(guò)渡金屬氧化物的成本比較高，還因?yàn)檫@些材料的顏色比較深，在很大程度上影響了裝飾的美觀度。但是，從另一個(gè)方面講，普通陶瓷材料的紅外輻射率偏低，在一定程度上影響了其裝飾的美觀度。與其他材料相比，普通陶瓷材料的紅外輻射率比較低，達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)。此外，建筑衛(wèi)生用的紅外陶瓷材料的工藝在配比上還不夠成熟，相當(dāng)多的產(chǎn)品還處于實(shí)驗(yàn)階段。因此，相關(guān)人員深入探討了材料的紅外輻射及其燃燒機(jī)理，研究出了耐腐蝕、強(qiáng)度高、美觀、高紅外輻射率的建筑陶瓷材料。它的出現(xiàn)為社會(huì)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。具體來(lái)說(shuō)，高輻射常溫紅外陶瓷材料未來(lái)的發(fā)展主要集中在以下幾個(gè)方面。

3.1 尋找代替昂貴紅外輻射材料的廢棄物

從研究高紅外輻射材料的長(zhǎng)遠(yuǎn)情況來(lái)看，受輻射機(jī)體輻射作用機(jī)理的影響，高紅外輻射陶瓷材料將是未來(lái)該領(lǐng)域理論研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。研究材料的紅外輻射特性，能夠幫助相關(guān)人員尋找到代替昂貴紅外輻射材料的廢棄物。

3.2 加大對(duì)燒結(jié)機(jī)理的研究力度

在工作過(guò)程中，應(yīng)加大對(duì)燒結(jié)機(jī)理的研究，進(jìn)而研發(fā)出具有高輻射功能梯度的材料，并全面了解陶瓷的燒制過(guò)程。在深入研究釉料與坯體相結(jié)合的原理后，制備出具有高輻射功能梯度的材料。同時(shí)，研究釉料與坯體之間因熱膨脹系數(shù)與彈性模量不匹配而引起的脫落、干裂問(wèn)題，以期研制出與坯體相匹配的高輻射功能梯度材料。除此之外，積極發(fā)展新的制備技術(shù)同樣也是其未來(lái)發(fā)展的重要方向之一。從目前情況來(lái)看，常用的制備紅外材料的方法有凝膠法、溶膠法和固相燒結(jié)法。客觀來(lái)講，雖然用溶膠法、凝膠法制備的紅外輻射陶瓷粉體顆粒比較小，但效率不高，而且成本也不低。所以說(shuō)，采用先進(jìn)的制備技術(shù)制備常溫紅外輻射陶瓷材料對(duì)材料的紅外輻射性能及其綜合性能有很大的影響。這是實(shí)現(xiàn)紅外陶瓷材料多功能化的前提。

3.3 加大對(duì)日用新材料的開(kāi)發(fā)力度

在建筑衛(wèi)生領(lǐng)域，綠色健康、具有殺菌和醫(yī)療保健作用的常溫紅外輻射陶瓷材料有廣闊的發(fā)展前景。納米級(jí)的顆粒具有高比表面積、高強(qiáng)度、高活性和低膨脹系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所以，研究和制備具有高輻射性能的紅外陶瓷材料是其主要發(fā)展方向之一。

3.4 材料復(fù)合及其功能的多樣化

將其他功能的材料與高輻射紅外材料相結(jié)合，研發(fā)出具有復(fù)合功能的紅外輻射陶瓷材料，并且實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的多樣化，能夠讓紅外輻射材料在不同的環(huán)境中發(fā)揮出不同的作用。這也是高紅外輻射材料未來(lái)的重點(diǎn)研究方向之一。

4 總結(jié)

高輻射率是高紅外輻射材料的基本特征，而且它還具有耐高溫和耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)在工業(yè)加熱節(jié)能領(lǐng)域是非常重要的，對(duì)提高工業(yè)能耗的利用效率有非常重要的意義。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，在人們的日常生活中，對(duì)高紅外輻射材料的需求也比較大，其受到的關(guān)注也越來(lái)越多。客觀來(lái)講，雖然我國(guó)紅外輻射材料的發(fā)展取得了一定的成效，但是，仍然存在許多不足。例如，對(duì)高輻射材料進(jìn)行多樣化的開(kāi)發(fā)，延長(zhǎng)高紅外輻射材料的使用壽命，合理評(píng)價(jià)節(jié)能效果等。總體來(lái)看，高紅外輻射材料還是要朝著成分復(fù)合化、納米化和性能多樣化三個(gè)方向發(fā)展。與此同時(shí)，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)紅外輻射理論的研究和評(píng)價(jià)平臺(tái)的建設(shè)。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)高紅外輻射材料的飛速發(fā)展，我國(guó)的紅外產(chǎn)業(yè)才能夠健康、快速的發(fā)展。

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〔編輯：白潔〕