負離子瓷磚是科學不是噱頭——只要符合標準,不用擔心輻射問題

    近日，瀏覽網站看到，某某講到「為了抬高售價，商家給產品貼上了各種「高科技」標籤：……「除甲醛的負離子瓷磚」……不少消費者為這些雲裡霧裡的高科技產品大掏腰包，殊不知自己花高價買入的卻是一些偽科技產品。…但因為負離子瓷磚中的礦物質通常含有微量放射性元素，由放射作用產生負離子…」作為資深的材料研究人員，對此我有話說，覺得應該好好的正本清源一下。

   負離子能夠分解甲醛，這個我認為是毋庸置疑的，我們很多的人知道光觸媒——「二氧化鈦」能夠在光照下實現分解甲醛，但是，估計某人一定是在看到新生事物時忘記了本源，不知道其中具體原因——光觸媒為何能夠分解甲醛？！

    光觸媒（銳鈦礦型二氧化鈦微納米顆粒）能夠起到分解甲醛的作用，是因為光觸媒一經光照，二氧化鈦的電子便會從價電帶躍遷至導電帶（圖1），在光觸媒表面形成電子（e-）電洞（h+）對，帶負電的電子與氧結合產生負氧離子（O2-），最終通過和空氣中的水（H2O）或者氫自由基（H+）等結合形成氫氧自由基（·OH）等基團；帶正電的電洞與水結合產氫氧自由基（·OH）等基團，這兩者在化學上都是極不穩定的物質，當有機物質（碳氫化合物）接觸到光觸媒表面時，便會分別和負氧離子及氫氧自由基結合，並最終被氧化成二氧化碳（CO2）和水（H2O）。這一連串的反應，化學上稱為「氧化還原反應」。

圖1 二氧化鈦光觸媒光照作用原理

    分析光觸媒能夠分解甲醛的實質是產生了電子（e-）電洞（h+）對，進而形成了氫氧自由基（·OH）或者超氧自由基（·O2-），才具備能夠分解甲醛等有害氣體的能力。那既然光觸媒光照後產生的電子（e-）能夠分解甲醛等有害氣體，那麼，為什麼負離子瓷磚產生的負離子——電子（e-）就不具備這個功能呢？讓人難於理解！

    其實，能夠產生負離子的瓷磚，其負離子並不是瓷磚本身所釋放出來的，這個基本的觀念需要理解。通過瓷磚產生的負離子其在分解甲醛等方面的功效和光觸媒是一樣的。同時，由於負離子很容易被空氣中的氧氣等俘獲，從而形成空氣負氧離子，並沒有大小負氧離子或者生態負氧離子之分，其結構應該和自然界產生的負離子一樣。

    談到負離子瓷磚，產生負離子的機制，從原理上來說途徑只有一條——那就是電離靠近他的物質（空氣、塵埃等），能夠實現電離空氣或者塵埃的辦法，通常是強電場電離或放射性物質衰變釋放α粒子電離空氣等來實現。

    能夠在微觀領域產生強電場的材料，一般是「壓電陶瓷」材料，壓電陶瓷的兩端受壓時，會呈現帶有不同電荷的反應（圖2），如果將壓透明電陶瓷研磨成超細顆粒（小於1微米）後，在瓷磚生產過程的淋釉環節中，將超細壓電材料和釉料混合均勻後，淋在瓷磚的表面，利用燒制瓷磚過程中的高溫，將壓電材料顆粒分散固定在瓷磚表面（圖3），同時，通過調節膨脹係數，使得壓電材料的熱膨脹係數略小於瓷磚表面釉料的膨脹係數，這樣，在瓷磚燒成後，壓電材料受到一個自然的壓力，在受壓條件下，其會在壓電陶瓷顆粒的兩端形成一個微型的電場，該微型電場能夠電離靠近陶瓷表面的物質，使其產生正負離子。該類型負離子瓷磚產品的典型代表是廣東芬芳陶瓷有限公司生產的芬芳負離子瓷磚。

圖2壓電陶瓷

圖3 壓電型負離子瓷磚原理

    通過採用放射性材料，通過放射性元素衰變釋放的射線電離空氣，形成正負離子，也是一種可行的方法。在此，肯定會有很多人談放射性元素就害怕，其實放射性材料只要是明白了其應用範圍，完全可以安全的應用於陶瓷中。

    首先，我們要明白一個簡單的道理——所有的自然界物質，基本上都存在放射性，只是劑量的問題。我們每天都要接受來自地球本體的放射性元素輻射、來自太空的宇宙射線輻射、人工電器設備的電磁輻射等，我國現行輻射防護的基本劑量限值規定公眾照射的年有效劑量為 1毫西弗，按照此規定量，一次X光檢查，大約相當於1.2年的規定劑量，自然界的輻射量相當於2.4年的規定劑量，1次胸部CT大約相當於6.9年的規定劑量，一次全身CT大約相當於60-70年的規定劑量，由此來看，我們在正常生活中，接受到的輻射劑量遠大於規定值，因此，輻射其實也沒有想像的那麼可怕！！

圖4 日常生活輻射劑量

    α粒子是一种放射性粒子，由兩個質子及兩個中子組成，並不帶任何電子，亦即等同於氦-4的內核，或電離化後的氦-4，He2+。通常具有放射性而原子量較大的化學元素，會透過α衰變放射出α粒子，從而變成較輕的元素，直至該元素穩定為止。由於α粒子的體積比較大，又帶兩個正電荷，有很強的電離本領，這種性質既可利用，也有可能帶來一定破壞性，大量的吸入對人體內組織有一定破壞作用。因此，它的能量散失得較快，穿透能力在眾多電離輻射中是最弱的，人類的皮膚或一張紙已能隔阻α粒子，α粒子釋放出的放射性同位素在人體外部不構成危險。因此，如果能夠合理的利用衰變過程中產生α粒子的放射性材料，利用其釋放出的α粒子的強電離作用，同時，做到將該放射性元素完全固封在基材內，是完全可以被利用來製造負離子瓷磚的。

    自然界中衰變能夠產生α粒子的放射性元素主要有：釙（Po）、氡（Rn）、鍅（Fr）、鐳（Ra）、錒（Ac）、釷（Th）、鏷（Pa）和鈾（U）等；其中釷（232Th）由於其衰變周期長（140億年），化學性質穩定，危害小，成本低，被廣泛應用於：（1）電真空和照明工業，如煤氣燈紗罩、電子管的電極材料、磁控管陰極等；（2）冶金工業：用作耐高溫的鎢釷合金、不鏽鋼焊條以及噴氣式飛機和火箭技術中的鎂釷合金等；（3）耐火材料：ThO2用於製造高級耐火坩堝和其他作業溫度高達2700℃耐火材料；（4）化學工業：金屬釷、ThO2及釷的其他化合物可用作化學工業的催化劑；（5）可作為核燃料使用；（6）醫學放射性檢查：二氧化釷膠體造影劑（含ThO2）等領域。因此，利用釷（232Th）衰變釋放α粒子將空氣電離，形成負離子是可行的，但關鍵是如何控制好量和使用方式。

    釷在生產瓷磚的原材料矽酸鋯（或鋯英砂）中，是一種伴生的元素，因此，瓷磚本身或多或少都含有釷，並且有一定的放射性（包含其他原料中的放射性元素產生的放射性），對此，國家也制定了相關的瓷磚放射性標準——GB6566-2001《建築材料放射性核素限量》，標準中根據陶瓷產品放射性的不同將其分為 A、B、C三類，具體指標如下：

    A 類：同時滿足 IRa≤1.0，Ir≤1.3

    B 類：不滿足 A 類要求，但同時滿足 IRa≤1.3，Ir≤1.9

    C 類：不滿足 A、B 類要求，但滿足 Ir≤2.8（其中：IRa為內照射指數，Ir為外照射指數）

    A類裝修材料的放射性最低，其產銷與使用領域不受限制。B類裝修材料不能用在住宅、醫院、學校等Ⅰ類民用建築的內部裝飾，但能用於Ⅰ類民用建築的外部裝飾及其它一切建築物的內、外裝飾。C類裝修材料只能用於建築物的外部裝飾及室外其它用途。因此，如果能夠將含釷（232Th）物質應用到瓷磚中，並且滿足瓷磚的放射性為A類標準，其使用的範圍將不會受到任何限制，並且還利用了釷（232Th）衰變釋放α粒子將空氣電離，形成負離子的特性，將瓷磚賦予了新的功能，是一個放射性元素合理利用的典範。

    目前，市面上售賣的負離子粉，含有大量的釷（232Th）化合物，其衰變產生的α粒子能導致大量負離子的產生，將其精選，加入到陶瓷原料中後，可製備出能產生負離子的瓷磚。如果該瓷磚能夠符合國標中的放射性A類標準，完全可以被廣泛使用，不需要談放射性元素就否定科學。目前，諸多品牌負離子產品，均是採用含釷（232Th）的負離子粉來製備負離子瓷磚，只要是符合國家標準的產品，均可以放心使用。

    本人認為，負離子瓷磚的發展需要規範，企業要嚴格遵守瓷磚的各項基本國家標準，只有這樣才能讓消費者放心購買，才能讓負離子瓷磚這一功能性產品得到廣大消費者的認可。嚴格上來說，行業也無需再搞相關負離子瓷磚標準，只要遵照現有的國家標準執行就完全可以了。（作者系廣東芬芳陶瓷有限公司董事長、華南理工大學材料學博士 胡大為）