用于治疗设备的高发射率远红外陶瓷模块制造技术

本发明专利技术涉及用于治疗设备的高发射率远红外陶瓷模块，尤其是一种用于组装到治疗设备中的陶瓷模块，所述治疗设备用于以辐照远红外线来治疗人体或动物体。更具体地，所述陶瓷模块可以同时发射3

【技术实现步骤摘要】
用于治疗设备的高发射率远红外陶瓷模块


[0001]本专利技术涉及一种用于组装到治疗设备中的陶瓷模块，该治疗设备用于以辐照远红外辐射来治疗人体或动物体。更具体地，所述陶瓷模块同时发射3
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16μm波长谱中的类黑体热辐射和受激FIR光子辐射，使得8
‑
14μm波长范围内的整体热辐射具有近似黑体温度，该近似黑体温度比所述陶瓷模块的实际温度高至少1
°
K(或1℃)。所述陶瓷模块可单独使用，亦可作为治疗设备的组件，用于提高人类或动物的生理机能、免疫能力、健康和平均寿命。

技术介绍

[0002]材料表面的发射率是其以热辐射形式发射能量的效率。热辐射是电磁辐射，其包括室温下的红外辐射。根据斯特潘
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波尔兹曼定律(Stefan
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Boltzmann law)，发射率ε在量上是表面发射的辐射能量与黑体在相同温度下发射的辐射能量的比率。该比率从0到1变化(0<ε<1)。所有真实物体的发射率均小于1.0，并以相应较低的比率发射辐射。例如，织物、玻璃、木炭、混凝土、瓷器、橡胶和沙子等物体的发射率均介于0.80到0.98之间。
[0003]随着远红外(FIR)辐射成为一种颇有前途的替代疗法，许多专利技术都致力于开发由金属氧化物制成的高效FIR发射材料，其具有期望发射率ε>0.9(即0.9<ε<1.0)，而1.0的发射率则被认为是无法超越的假设极限。
[0004]用于制造FIR复合材料的原始氧化物通常具有介于0.2到0.9之间的单独发射率，这取决于氧化程度和表面处理。最常用的FIR发射氧化物包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钛、氧化镁等。将所有材料进行处理以生产特定形状的复合材料，预期通过烧结来改善FIR辐射率(发射率)。用于烧结的典型温度约为材料熔化温度的三分之二(2/3)。
[0005]在常规FIR发射复合材料设计中的一个关键方面是发射率尽可能接近1.0。然而，因为现有技术中的大多数FIR复合材料将所有组成氧化物同等地且无差别地只是视为FIR发射氧化物(例如，美国专利第8,285,391号、第9,308,388号和第9,962,441号，这些专利的全部内容均通过引用并入)，所以它们仅仅产生大约0.90
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0.95的发射率。因为1.0通常被认为是分配给理想黑体的理论限值，因而是无法达到的，所以没有任何现有技术以发射率高于1.0为目标。
[0006]本专利技术人先前分享过类似的观点，即在需要更高的热辐射时使用要求加热的FIR发射陶瓷(例如，美国专利第10,610,699号和美国专利申请第20210228903号，这两者的全部内容均通过引用并入)。然而，通过将过渡金属氧化物(transition metal oxide，TMO)用来调整最终晶体结构中的带隙和晶格常数，使得在3
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16μm波长谱中具有高发射率成为可能，本专利技术人发现了它们作为高效FIR辐射器的潜力。
[0007]过渡金属氧化物(TMO)
[0008]TMO可能是最有趣的固体类别之一，其具有各种各样的结构和特性。TMO内的金属
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氧(M
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O)键合的性质能够在接近离子到高度共价或金属性之间变化。TMO不寻常的特性显然是由于外部d电子的独特性质。特别地，4s
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3d(或5s
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4d)跃迁极具吸引力，这是因为它们可以覆盖3
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16μm的FIR波谱，并且可以通过选择适当的过渡金属元素来调整波长。然而，基于
波谱选择规则，这些跃迁在原子和正离子中是电偶极禁止的。因此，一个关键问题是如何实现这些4s
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3d(或5s
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4d)跃迁，从而实现高发射率FIR复合材料。
[0009]本专利技术人发现，通过将过渡金属离子置于局部不均匀的电场中，可以破坏晶体结构的对称性，从而产生极性结构。这样做时，电场可以将3d(或4d)轨道分裂成三个不同能量的子能级，将它们指定为σ、π、δ，用于不同的角动量，从而实现4s
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σ和3d
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σ以及4s
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σ和3d
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π(或5s
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σ和4d
‑
σ、5s
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σ和4d
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π)之间的电偶极跃迁。
[0010]鉴于过渡金属的第一电离势非常低，尤其是在朝向周期的左侧(例如Zr、Ti)时，这些分子确实能够很好地近似为离子分子。因此，期望的分子跃迁基本上是过渡金属离子状态之间的跃迁，由于TMO分子内两个离子之间的静电相互作用(即正Zr
2+
和负O2‑
)，因此它们在能量上会有些转换。
[0011]同时，构建局部电场最简单的方法是排列正电荷金属离子和负电荷氧阴离子的网格。相对于氧阴离子(O2‑
)或含氧阴离子(SiO44‑
、AlSiO4‑
)，可以添加补充的过渡金属氧化物，以提供更多的正过渡金属离子(Cr
3+
、Ti
2+
、Ni
2+
、Co
2+
、Cu
2+
)。也可以将其他掺杂的阳离子(例如，Li
+
、Na
+
、K
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Zn
2+
)带入网格以增强电场。
[0012]FIR复合氧化物
[0013]基于上述发现，期望的FIR基氧化物的候选物显然应当位于锆附近的4d
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σ和5s
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σ轨道的交叉点周围。氧化锆(ZrO2)的波谱很有前景，这是因为它在预期的3
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16μm的FIR波谱区域内具有宽而强的谱带系统，也可以通过添加其他过渡金属元素轻易对其修改。因此，本专利技术人得出结论是，高发射率的FIR发射陶瓷复合材料只有在它由三部分组成时才会成为可能：(1)主体氧化物，(2)FIR基氧化物，和(3)阳离子掺杂氧化物。
[0014]主体氧化物——主体氧化物的目的是为FIR发射陶瓷系统准备一个框架，该框架也有助于为预期的非均匀电场构建负电荷网络。如此，候选物可以包括选自元素周期表中第13族和第14族的元素的氧化物。优选的氧化物是提供(SiO44‑
)负电荷离子的氧化硅(SiO2)，或提供(AlSiO4‑
)含氧阴离子的氧化硅(SiO2)和氧化铝(Al2O3)的混合物。此外，高岭土(Al2SiO5)等硅铝酸盐矿物可用作替代物，提供硅、铝和氧原子构成的所需的负电荷网络。
[0015]FIR基氧化物——作为用于FIR发射机制的基础材料的第二组氧化物是过渡金属氧化物，其包括选自第3族至第12族的过渡金属元素。特别地，预期的是那些具有部分填充的3d或4d原子轨道的元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在用于治疗人体或动物体的治疗设备中使用的陶瓷模块，所述陶瓷模块包括三组粉末状物质的混合物，第一组粉末状物质包括选自元素周期表中第13族或第14族的第一元素的至少一种氧化物，第二组粉末状物质包括选自元素周期表中第3族至第12族的第二元素的至少一种氧化物，所述第二元素为具有部分填充的3d或4d原子轨道的过渡金属元素，并且第三组粉末状物质包括选自元素周期表的第1族或第2族的第三元素的至少一种氧化物，所述第三元素为金属元素，其中由于所述混合物在860℃或更高的温度下进行烧结，所述陶瓷模块具有不均匀的晶体结构，由此所述陶瓷模块发射覆盖至少一部分的3
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16μm波长谱的远红外辐射，其中在8
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14μm波长范围内的整体热辐射近似为在一定温度下的黑体辐射，所述温度比所述陶瓷模块的实际体温度高至少1
°
K或1℃，这表示有效发射率大于1.0。2.根据权利要求1所述的陶瓷模块，其中所述第一组粉末状物质包括选自硼、铝或硅中的至少一种元素。3.根据权利要求1所述的陶瓷模块，其中所述第二组粉末状物质包括钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆或铌中的至少一种元素。4.根据权利要求1所述的陶瓷模块，其中所述第三组粉末状物质包括锂、钠、钾、镁或钙中的至少一种元素。5.根据权利要求1所述的陶瓷模块，其中所述粉末状物质的混合物还包括含有所述第一元素的至少一种氧化物的矿物。6.根据权利要求1所述的陶瓷模块，其中所述粉末状物质的混合物还包括含有所述第二元素的至少一种氧化物的矿物。7.根据权利要求6所述的陶瓷模块，其中所述至少一种矿物是电气石。8.根据权利要求3所述的陶瓷模块，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：A，
类型：发明
国别省市：