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1、哈尔滨师范大学学士学位论文题 目 电气石的热释电性及其应用专 业 资源勘查工程系 别 地理系学 院 地理科学学院哈 尔 滨 师 范 大 学学士学位论文开题报告论文题目: 电气石的热释电性及其应用专 业： 资源勘查工程2013年 3 月课题来源：自拟题目课题研究的目的和意义： 我国具有丰富的电气石资源，除作为宝石及科研设备部件外，近年来又兴起了在热释电性领域研究的热潮。因此，对电气石的研究已日益得到科研工作者的重视。本文以电气石为研究对象，结合电气石的成分、结构与物理性质的关系，对电气石的热释电性进行系统性的阐述。对电气石的化学成分及其对热释电效应的影响进行了分析，对电气石产生热释电效应的机制作
2、了简要阐述。国内外同类课题研究现状及发展趋势： 电气石，特别是被称为碧玺的宝石级或近似宝石级电气石，由于在宝玉石王国中居于惹人瞩目的地位，因此对其品种、物理特性特别是某些宝石矿物学方面的研究引起了不少国外学者的极大兴趣。其中对其颜色成因的研究一直是人们特别关注的热点之一。自20世纪40年代以来,围绕电气石的晶体结构和电气石物理特性的内在动因等,中外学者做了大量深入细致的基础研究,并在利用电气石的化学成分判断成矿、成岩地质环境方面取得了许多宝贵的经验。近几年,国内外利用电气石的物理特性制造环保、保健产品等获得突破,展现了电气石的良好开发前景。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办
3、法： 课题研究的主要内容：本文在查阅大量文献的基础上，总结电气石的性质，热释电性，及影响其热释电性的因素（氧化铁含量、密度、折射率等）。并确定电气石热释电性在生活及科研中的应用。电气石研究中存在的问题：基础研究薄弱，缺少相关学科和专业的交叉。电气石的加工，尤其对品位低，细粒黑色电气石深加工的研究没有受到重视，电气石热释电性没有得到合理开发利用研究方法：参考文献课题研究起止时间和进度安排： 查阅资料：2013年3月5日至2013年3月8日资料整理：2013年3月9日至2013年3月14日论文提纲：2013年3月15日至2013年3月17日论文初稿：2013年3月18日至2013年4月5日论文终稿
4、：2013年4月6日至2013年5月8日课题研究所需主要设备、仪器及药品：无外出调研主要单位，访问学者姓名：无指导教师审查意见：指导教师 （签字） 年 月 教研室（研究室）评审意见：_教研室（研究室）主任 （签字） 年 月院（系）审查意见：_院（系）主任 （签字） 年 月学 士 学 位 论 文题 目 电气石的热释电性及其应用学 生 刘振指导教师 孟杰 讲师年 级 2009级专 业 资源勘查工程系 别 地理系学 院 地理科学学院哈尔滨师范大学2013年5月电气石的热释电性及其应用刘振摘要：本文以电气石为研究对象，结合电气石的成分、结构与物理性质的关系，对电气石的热释电性进行系统性的阐述。晶体在受
5、热情况下表面会产生电荷，这种现象称为热释电效应，而晶体的这种性质称为热电性1,本文对天然电气石的化学成分及其对热释电效应的影响进行了分析, 对电气石产生热释电效应的机制作了简要阐述。分析表明, 天然电气石的化学成分有较大差异, 其中氧化铁含量对热释电效应产生显著影响。随氧化铁含量的增加, 热释电效应明显减弱。电气石的热释电效应与其常规物理特性有较好的对应关系。通过检测电气石的密度和折射率即可间接了解电气石的热释电效应。关键词：电气石 热释电性 化学成分 应用自古以来，电气石就是人们喜欢的宝石和矿物材料。在人类历史的长河中，电气石所赋有的美丽和价值为人类社会的发展提供了最直接的信息。它是一种优质
6、的矿物材料，同时，为人们认识自然提供了某种启发和暗示。早在1703年，当荷兰人从锡兰购进欧洲的电气石时，发现受热的电气石能吸引或排斥炭灰，人们对这种当时称之为锡兰磁铁的深入研究导致了1824年热电性这一个概念的出现，这比水晶的压电效应的发现早56年。她为以后人们寻找和研制更多的热电材料建立了一个经典模式。“电气石”也就是由于它本身固有的热电性而得此名的2。一、 电气石矿物简介电气石（又称碧玺），顾名思义，这种矿物质会在受热时带上电荷（热释电效应），其名便由此而来。它是一种硅酸岩矿物，最早发现于斯里兰卡，当时被珍视的程度甚至能够与钻石、红宝石相比肩。电气石是一种硼硅酸盐矿物，即除硅氧骨干外，还有
7、BO33-络阴离子团。电气石的通式：NaR3Al6Si6O18BO33(OH,F)4其中Na+可局部被K+和Ca2+代替，OH可被F代替，但没有Al3+代替Si4+现象。R位置类质同象广泛，主要有4个端员成分，即：镁电气石（dravite）：R=Mg黑电气石（schorl）：R=Fe锂电气石（elbaite）：R=Li+Al钠锰电气石（tsilaisit）：R=Mn镁电气石与黑电气石之间以及黑电气石与锂电气石之间形成两个完全类质同像系列，镁电气石和锂电气石之间为不完全的类质同像。Fe3+或Cr3+也可以进入R的位置，铬电气石中Cr2O3可达10.86%3。（一） 电气石的物理性质电气石晶体呈柱
8、状，晶体两端晶面不同，柱面上常出现纵纹，横断面呈球面三角形（如图1）集合体呈棒状、放射状、束针状，也有致密块状或隐晶质块状4。图1 电气石的晶体形态m0110三方柱；r1011三方单锥；o0221；u3251复三方单锥；a1120六方柱电气石的颜色随成分的不同而异：富含Fe的电气石呈黑色，富含Li、Mn和Cs的电气石呈玫瑰色，亦呈淡蓝色，富含Mg的电气石常呈褐色和黄色，富含Cr的电气石呈深绿色。此外，电气石常具有色带现象，垂直c轴由中心往外形成水平色带，或c轴两端颜色不同。玻璃光泽。无解理；有时可有垂直L3的裂开。硬度77.5。相对密度3.033.25，随着成分中Fe、Mn含量的增加，相对密度
9、亦随之增大。不仅具有压电性，并且还具有热电性（因为其单向轴L3是唯一的极轴）。电气石的颜色呈多样性，富于变化，它从彩虹的七色到褐色、黑色、乃至无色，还有两种颜色之间的过渡色，如粉红、橙红、蓝绿、黄褐等，几乎所有色调一应俱全，所以碧玺色彩最丰富的宝石，这是其他宝石所无法比拟的。碧玺根据其颜色可分为许多，并以其颜色可分为许多种，并以其颜色分别命名5,6,7。无色碧玺 无色碧玺是一种无色透明如水的电气石，有时略带有天蓝色，加工后十分漂亮。红碧玺 红碧玺的颜色由紫红、深红到浅红、粉红。这一类碧玺中的优质品晶莹剔透如婴儿粉脸，被称为“孩儿面”。深红色的俗称“双桃红”，粉红色的俗称“单桃红”。深红的是电气
10、石中的珍品，可与红宝石媲美。绿碧玺 绿碧玺有淡绿、墨绿、橄榄绿等。绿色为常见色，以祖母绿色为佳品，有“巴西祖母绿”之称；黄绿色者称“巴西橄榄石”；金黄带绿色者称“巴西金黄绿色橄榄石”蓝碧玺 蓝碧玺从蓝色到深蓝色，最漂亮的有“巴西蓝宝石”之称。黄碧玺 黄碧玺从深黄到浅黄及各种黄色，其中蜜黄色者，亦称“锡兰橄榄石”。墨碧玺 黑碧玺为不透明的电气石，目前在中国产出最多，至今尚未充分利用。紫红碧玺 紫红碧玺为紫红色的电气石，因产于前苏联西伯利亚而得名，其英文名原意即为“西伯利亚石”。多色碧玺 即在一个晶体内含两种以上的颜色，且两色之间界线清晰，特别是深褐色和深绿色的电气石尤为显著。西瓜碧玺 西瓜碧玺的
11、晶体呈同心圆形，其外周为绿色，里面是淡红色，恰似西瓜一样，故名。碧玺猫眼石 在很多电气石中，都具有猫眼效应。凡具有明显游彩的各种电气石，因包裹体之故，常为半透明或不透明晶体。碧玺在中国，除了碧玺猫眼之外，各种碧玺几乎都有产出，只是深红色的“双桃红”品种，极为罕见，多数为其他颜色的品种。（二） 电气石的产地及其地质成因世界上产电气石的国家主要有巴西、美国、斯里兰卡等国；在中国，电气石主要分布在新疆、内蒙古、湖南等地8。巴西是世界上宝石级电气石最大的产出国之一，世界上最重要的产宝石的伟晶岩区是巴西米纳斯吉拉斯州的东北地区。巴西有色宝石的历史始于17世纪末，当时Bandeirantes(早期探寻者)
12、寻找祖母绿，结果没有找到祖母绿，却发现了电气石、蓝宝石和其他宝石。虽然巴西的电气石和蓝宝石的发现已近300年，但自本世纪才对其进行系统地开采。当时这些矿物被认为只是“半宝石”，在国际市场上的价格比较低。最终这种观点不复存在。巴西的米纳斯吉拉斯地区有前寒武纪基底杂岩，该杂岩被定名为“杂岩基底”经查明这个单元内的各种岩石类型，其中包括与角闪石和石英岩呈互层的黑云母片岩、条带状和花岗岩状片麻岩，以及黑云母石榴石片岩。同时还发现，含宝石（云母）的伟晶岩主演见于下伏有“杂岩基底”的地区。“杂岩基底”被称为米纳斯系的一套前寒武纪变质沉积岩系不整合覆盖。米纳斯系主要由绢云母千枚岩组成。这些岩层被花岗岩基侵入
13、，花岗岩基变质，穹隆状，并使沉积岩层破裂，这就为与侵入的岩浆相伴随的伟晶岩热液提供了通道。米纳斯系被强烈的褶皱和断裂的塔科罗米岩系覆盖，该岩系主要由晚寒武纪的千枚岩和石英岩组成，也被伟晶岩侵入，这说明与伟晶岩有关的岩浆活动延续到该岩系沉积之后。上覆在早古生代熔岩之上的砾岩、千枚岩和砂岩不含有伟晶岩。因此，被这些岩层覆盖的地区没有经济价值。其中含宝石伟晶岩的近似年龄为4.9亿年，在这期间，伟晶岩热液和花岗质岩浆上拱并破碎上覆岩石，侵入新产生的通道。随着时间的延续，这些热液冷却、结晶，在老的变质岩石中形成岩脉。后来强烈的风化和迅速的剥蚀使许多伟晶岩出露，并遭破坏，残留下比较坚实的矿物(包括宝石)，以冲积矿床形式富集在水系盆地之中。大的花岗岩岩基被出露，形成圆的山系地貌。中国，电气石的产地以新疆为主。宏伟壮丽的阿尔泰山脉，位于我国西北边陲，是世界著名含有稀有元素花岗伟晶岩矿区之一，其中铍、铌、锂等稀有金属和白云母曾是我国重要的矿物原料基地。电气石是阿尔泰山内花岗伟晶岩中一种较名贵的宝石，其特点是颜色丰富，而且色泽鲜艳、晶莹剔透。1994年8月在库汝尔特矿区采出一罕见特大绿电气石单晶，晶体重达11公斤，称为阿尔泰碧玺之王。电气石成分中富含挥发组分B及H2O，所以多与气成作用有关，多产于花岗伟晶岩及气成热液矿床中。一般黑色电气石形成于较高温度，绿色、粉红色者一般形
