【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種陶瓷復合材料，其可以用于各種目的，包括用于組裝到用于利用非熱遠紅外(fir)輻射的照射來治療人體或動物體的治療設備中。更具體地，雖然所有與fir相關的現有技術僅輻射寬帶黑體熱輻射，但是所述陶瓷復合材料不僅可以發射通常的黑體熱輻射，而且可以發射波長范圍位于3μm至16μm光譜區間內的本專利技術的非熱fir光子輻射。結果，來自所述陶瓷復合材料的在8μm至14μm波長范圍內的總可測量輻射具有比所述陶瓷復合材料的實際溫度高至少1℃的近似黑體溫度，這表示大于1.0的有效發射率，雖然1.0的發射率是賦予理想黑體的理論極限并因此是不可超越的。這是將3μm至16μm波段的非熱fir光子輻射添加到連續的4μm至1000μm波段的黑體熱輻射中的結果。
技術介紹
1、黑體輻射是由與其環境處于熱力學平衡的黑體所發射的熱電磁輻射。它具有僅取決于本體溫度的特定的連續波長光譜。普朗克定律(planck's?law)很好地描述了發射的輻射，并且由于其對溫度的依賴性，普朗克輻射被稱為熱輻射。普朗克定律的量子理論解釋認為輻射是無質量的不帶電的玻色粒子(即光子)的氣體。光子被視為帶電基本粒子之間的電磁相互作用的載流子。
2、由許多普通物體自發且連續發射的熱輻射可以近似為黑體輻射。室溫(25℃或298°k)下的黑體主要在紅外光譜區間內輻射，跨越4μm至1000μm的光譜，其峰值在9.4μm波長處并且總能量的90％在6μm至25μm波長范圍內累積。
3、這就變成了現有技術所根深蒂固的錯誤信念。它們錯誤地使用了波長范圍位于6μm至
4、例如，通過黑體熱輻射或通過3μm至16μm波長的特定fir光子輻射，生化反應速率可以分別增加至不同程度。化學反應速率由阿倫尼烏斯方程(arrhenius?equation)描述：
5、k＝a?exp(-ea/rt)
6、其中，k是速率常數，a＝指前因子，
7、ea＝所需的活化能(或稱為“活化勢壘”)，
8、r＝氣體常數，并且t＝溫度(°k)。
9、黑體熱輻射的吸收可以增加本體溫度。隨著溫度(t)增加，反應速率(k)也增加。在對約室溫下發生的許多反應的粗略近似估計下，溫度每升高10℃(或10°k)，反應速率加倍。對于使用來自現有技術的fir發射材料的熱輻射的典型fir熱療法，其可使皮膚溫度增加約3℃至5°c，導致反應速率僅增加約30％。
10、相反，3μm至16μm波長的fir光子可以被本體內的分子吸收，引起分子振動。這具有將活化勢壘(ea)降低約8kj至40kj的效果，由下式給出：eλ(kj)＝120kj/λ(μm)。對應地，反應速率可以指數地(exp(eλ/rt))提高多達5000％至10000％。
11、這種顯著的效果確實是本專利技術的動力，從而提出開發一種陶瓷復合材料，其不僅可以輻射現有技術所述的常規黑體熱輻射，而且可以輻射波長范圍位于3μm至16μm光譜區間內的前所未有的附加非熱fir光子輻射。
12、通常，現有技術濫用黑體熱輻射，這通過以下事實證明：所有現有技術僅搜索具有盡可能接近理論極限(ε＝1.0)的發射率ε的fir材料。
13、固態、液態或氣態的所有物理物質由于其分子和原子的振動和旋轉移動而可以通過電磁輻射的過程發射能量。普朗克輻射是處于熱平衡的任何物體可以從其表面發射的最大輻射量，無論處于熱平衡的任何物體的化學組成或表面結構如何。
14、材料表面的發射率是其作為熱輻射發射能量的有效性。定量地，發射率(ε)是在相同溫度下由表面發射的輻射能量與由黑體發射的輻射能量的比率，其由斯蒂芬-玻爾茲曼定律(stefan-boltzmann?law)給出。該比率從0至1變化(0<ε<1)。所有真實物體都具有小于1.0的發射率，并且以相應較低的速率發射輻射。例如，日常物品如織物、玻璃、木炭、混凝土、瓷器、橡膠和沙子都具有介于0.80與0.98之間的發射率。
15、由于fir輻射成為有希望的替代療法，所以許多專利技術致力于開發高效的fir發射材料，其內心期望的發射率大于0.9(即，0.9<ε<1.0)，而1.0的發射率被高度認為是不可超越的假設極限。
16、現有技術用于制備fir復合材料的金屬氧化物原料通常具有介于0.5與0.9之間的單獨的發射率，這取決于氧化程度和表面制備。最常用的fir發射氧化物包括鋁、硅、鋯、鈦、鎂、鉻、鐵、鈷、銅、鈣、鈉等的氧化物。處理所有材料以產生特定的形狀，希望通過燒結來改進fir輻射率(發射率)。
17、如上所述，常規fir發射復合材料的設計中的關鍵方面是具有盡可能接近1.0的發射率。然而，現有技術的所有fir復合材料僅產生約0.85至0.95的發射率，因為它們已無目的且無差別地處理了所有組成氧化物(例如，專利號為8,285,391、9,308,388和9,962,441的美國專利，其各自的全部內容通過引用并入本文)。現有技術中沒有一種目標發射率高于1.0，因為它被認為是僅賦予理想黑體并因此不可達到的理論極限。
18、本專利技術人先前認同類似的觀點，這通過制備在需要較高輻射時需要加熱的fir發射陶瓷復合材料反映出來(例如，專利號為10,610,699的美國專利和專利申請號為20210228903的美國專利申請，兩者的全部內容通過引用并入本文)。然而，直到本專利技術人后來才研究過渡金屬氧化物(transition?metal?oxide，tmo)的特性，并且發現通過微調最終晶體結構的帶隙和晶格常數，波長范圍位于3μm至16μm光譜區間內的高發射率將成為可能(申請號為17/473,799的美國專利申請，其全部內容通過引用并入本文)。此外，在基于該發現的深入的研究之后，本專利技術人進一步實現了一種特定的陶瓷復合材料，其可以更加有效地且可靠地發射波長為3μm至16μm的fir光子，如本文所述。
19、本專利技術的陶瓷復合材料包括固溶體。固溶體是共享共同晶格的兩種或更多種晶體固體的均勻混合物。溶劑是以最大量(>50重量％)存在的元素或化合物，而溶質表示以較小濃度(<50重量％)存在的元素或化合物。溶質可以通過替代晶格中的溶劑顆粒而替代地結合到溶劑晶格中，或者通過配合到溶劑顆粒之間的空間中而間隙地結合到溶劑晶格中。這兩種類型的固溶體通過畸變晶格以及破壞溶劑材料的物理和電均勻性來影響材料的性質。
20、另外，休姆-羅瑟里規則(hume-rothery?rule)定義了溶質中的元素可以溶解在溶劑中從而形成固溶體的條件。按照休姆-羅瑟里規則，如果溶質和溶劑具有相似的原子半徑(15％或更小的差異)、電負性、化合價和相同的晶體結構，則溶質(或雜質原子)可以替代溶劑中的原子。
21、在本專利技術中，預期固溶體由作為溶劑的一部分的氧化鋁(al2o3)組成。因為氧化鋁為在主體晶格中構建必要的八面體晶體骨架提供了良好的來源本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種生產發射非熱遠紅外輻射(FIR)的陶瓷復合材料的方法，其包括：
2.根據權利要求1所述的方法：
3.根據權利要求1所述的方法，其中：
4.根據權利要求1所述的方法，其中：
5.根據權利要求1所述的方法，其中：
6.根據權利要求1所述的方法，其中：
7.根據權利要求1所述的方法，其中：
8.根據權利要求1所述的方法，其中：
9.根據權利要求1所述的方法，其中：
10.一種非熱遠紅外輻射發射陶瓷復合材料的組合物，其包括：
11.根據權利要求10所述的組合物，其中：
12.根據權利要求10所述的組合物，其中：
13.根據權利要求10所述的組合物，其中：
14.一種用于治療人體或動物體的治療設備，其包括：
15.根據權利要求14所述的治療設備，其中：
16.根據權利要求14所述的治療設備，其中：
17.根據權利要求16所述的治療設備，其中：
18.根據權利要求16所述的治療設備，
19.根據權利要求16所述的治療設備，其中：
20.根據權利要求14所述的治療設備，其中：
21.根據權利要求14所述的治療設備，其中：
...【技術特征摘要】
1.一種生產發射非熱遠紅外輻射(fir)的陶瓷復合材料的方法，其包括：
2.根據權利要求1所述的方法：
3.根據權利要求1所述的方法，其中：
4.根據權利要求1所述的方法，其中：
5.根據權利要求1所述的方法，其中：
6.根據權利要求1所述的方法，其中：
7.根據權利要求1所述的方法，其中：
8.根據權利要求1所述的方法，其中：
9.根據權利要求1所述的方法，其中：
10.一種非熱遠紅外輻射發射陶瓷復合材料的組合物，其包括：
11.根據權利要求10所述的組合物，其...
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