高紅外輻射陶瓷材料的應用及發(fā)展趨勢分析

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，擁有廣闊的市場前景。近年來，國內(nèi)外都對其進行了深入的研究，在其他學者研究成果的基礎(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用情況，并為高紅外輻射材料的未來發(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

中圖分類號：TQ174.7 文獻標識碼：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)活動密切相關(guān)。從一定意義上講，一切高于絕對零度的物體都會發(fā)生紅外輻射?？梢赃@么說，輻射是物體固有的一種屬性，存在于自然環(huán)境的各個方面?？v觀國內(nèi)外的情況，世界上各個國家的高紅外輻射材料大多都為陶瓷材料，而且隨著科技的進步和各項技術(shù)的飛速發(fā)展，紅外陶瓷材料已經(jīng)應用于社會生活的各個方面。

1 紅外輻射的產(chǎn)生機理

分子和原子的震動，再加上其內(nèi)部的電子躍遷活動產(chǎn)生了紅外輻射。在這個過程中，短波輻射與電子躍遷有密切的聯(lián)系，而長波輻射則與晶格的振動特性相關(guān)。按照不同的產(chǎn)生機制，紅外輻射可以分成3個主要區(qū)域，即近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠紅外區(qū)。具體來講，電子能級之間的躍遷和分子振動泛頻區(qū)的振動光譜與近紅外區(qū)相對應，而中紅外區(qū)則與分子轉(zhuǎn)動能級和振動能級之間的躍遷相對應，分子轉(zhuǎn)動能級之間的躍遷則對應遠紅外區(qū)。總的來說，絕大部分陶瓷材料都是由多原子組成的大分子構(gòu)成，再加上分子的對稱性在振動過程中發(fā)生改變，引起了偶極距的變化。所以說，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。這一點在工業(yè)生產(chǎn)的過程中表現(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，不僅能提高加熱設備的傳熱效率，還能在一定程度上提高加熱設備的能量利用效率。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，在提高加熱設備利用效率的同時，還可以延長設備的使用壽命，降低成本。

2.2 保健和抗菌作用

對于人體來說，高紅外輻射陶瓷材料不僅可以增強血液的物質(zhì)交換，還可以促進人體血液循環(huán)、流通，能明顯改善人體的免疫力和人體細胞的組織再生能力。除此之外，生物的細胞壁能直接被紅外輻射穿透，從而起到抑制細菌生長、繁殖的作用。所以，在日常生活中，常?？梢钥吹教砑恿烁呒t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)療器械還可以增強人體細胞的活力，使治療效果更明顯。

2.3 建筑圖層材料的應用

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，并對人體起到相應的抗菌、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，當航天器穿越大氣層時，航天器外邊的溫度有時可以達到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，達到散熱的目的，從而保證航天器的正常運行?？梢哉f，將高紅外輻射陶瓷材料應用于航空航天領(lǐng)域，有效解決了航天器在穿越大氣層時遇到的高溫問題，它的出現(xiàn)為我國航天事業(yè)的發(fā)展作出了巨大的貢獻。

總的來說，高紅外輻射陶瓷材料未來的發(fā)展主要集中在以下3個方面：①納米材料具有非常高的活性。紅外陶瓷未來的發(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紅外輻射機理也是日后的重要研究方向之一。③進入21世紀，綠色、健康型的常溫遠紅外陶瓷材料將成為市場的主導產(chǎn)品，它擁有廣闊的發(fā)展前景。除此之外，加快發(fā)展先進的制備技術(shù)也是未來紅外陶瓷材料的發(fā)展重點。

3 高紅外輻射材料的發(fā)展趨勢

從目前情況來看，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)生陶瓷中的應用還不是很常見。究其原因，不僅是因為稀土和過渡金屬氧化物的成本比較高，還因為這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，達不到使用標準。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，相當多的產(chǎn)品還處于實驗階段。因此，相關(guān)人員深入探討了材料的紅外輻射及其燃燒機理，研究出了耐腐蝕、強度高、美觀、高紅外輻射率的建筑陶瓷材料。它的出現(xiàn)為社會創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。具體來說，高輻射常溫紅外陶瓷材料未來的發(fā)展主要集中在以下幾個方面。

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遠情況來看，受輻射機體輻射作用機理的影響，高紅外輻射陶瓷材料將是未來該領(lǐng)域理論研究的重點內(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 加大對燒結(jié)機理的研究力度

在工作過程中，應加大對燒結(jié)機理的研究，進而研發(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，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)同樣也是其未來發(fā)展的重要方向之一。從目前情況來看，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?？陀^來講，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，采用先進的制備技術(shù)制備常溫紅外輻射陶瓷材料對材料的紅外輻射性能及其綜合性能有很大的影響。這是實現(xiàn)紅外陶瓷材料多功能化的前提。

3.3 加大對日用新材料的開發(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。納米級的顆粒具有高比表面積、高強度、高活性和低膨脹系數(shù)的優(yōu)點，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)出具有復合功能的紅外輻射陶瓷材料，并且實現(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的重點研究方向之一。

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。這些特點在工業(yè)加熱節(jié)能領(lǐng)域是非常重要的，對提高工業(yè)能耗的利用效率有非常重要的意義。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，在人們的日常生活中，對高紅外輻射材料的需求也比較大，其受到的關(guān)注也越來越多?？陀^來講，雖然我國紅外輻射材料的發(fā)展取得了一定的成效，但是，仍然存在許多不足。例如，對高輻射材料進行多樣化的開發(fā)，延長高紅外輻射材料的使用壽命，合理評價節(jié)能效果等?？傮w來看，高紅外輻射材料還是要朝著成分復合化、納米化和性能多樣化三個方向發(fā)展。與此同時，還需要進一步加強紅外輻射理論的研究和評價平臺的建設。只有這樣，才能實現(xiàn)高紅外輻射材料的飛速發(fā)展，我國的紅外產(chǎn)業(yè)才能夠健康、快速的發(fā)展。

參考文獻

[1]王峰，錢學強，李小偉，等.高紅外輻射陶瓷材料的研究進展[J].硅酸鹽通報，2015（01）：143-148，155.

[2]王黔平，郭相雄，王若鑫，等.高輻射紅外陶瓷材料的研究進展及應用[J].陶瓷學報，2011（03）：437-442.

[3]張英，聞荻江.紅外輻射陶瓷材料的制備及應用[J].蘇州大學學報（工科版），2005（06）：37-39.

[4]饒瑞，孫國才，邢作云.高效紅外輻射陶瓷材料的研究與應用[J].地球科學，1997（03）：99，104.

〔編輯：白潔〕