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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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“暖宝宝”的化学奥秘

2018-06-06 22:21:00

  “暖宝宝”携带方便,发热持久。因此,作为便捷、安全的贴身发热器具,“暖宝宝”已成为当今国际取暖驱寒,热敷理疗的时尚用品。那么,它的结构成分是什么,又运用了什么原理?让我们一起来了解一下吧!

  结构成分与发热原理

  暖宝宝的反应原理其实就是利用原电池加快氧化反应速度的原理,将化学能转变为热能。它主要由碳粉、铁粉、水、盐水以及些许添加剂组成一个原电池放电。由于它没有正负极,电子无法分正负电子导出,于是直接形成短路,从而产生热量。

  “暖宝宝”由原料层、明胶层、无纺布袋三部分组成。原料层置于无纺布袋内,由铁粉、石、活性炭、无机盐、水等合成。明胶层用于使其粘附在衣服上,一般选用优质压敏胶涂层,粘结牢固,绝不污损衣物。为了使保温长久持续,产品使用了矿物材料蛭石。无纺布袋采用微孔透气膜制作,特点是均匀不漏、透气性好。在使用时,去掉外袋,让内袋暴露在空气里,空气中的氧气通过透气膜进入原料层。放热的时间和温度就是通过透气膜的透氧速率进行控制的。如果透氧太快,热量会迅速放空,且还可能烫伤皮肤;如果透氧太慢,又没有什么温度感。能够持续发热12小时的暖宝宝是由于里面的高纯度的铁粉与空气持续缓慢地发生氧化反应的结果。

  暖宝宝采用铁的“氧化放热”原理,并且利用微孔透氧技术,使产品具有散热均衡、发热持久的特点。在未使用前,必须采用完全隔绝空气的包装方式,一旦开包,化学反应开始,便自动加热。

  铁的“氧化放热”原理,实际上就是根据铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀的原理。活性炭具有强吸附性,在活性炭的疏松结构中因此储有水蒸气。若水蒸气液化成水滴,流出与空气和铁粉接触,在氯化钠的催化作用下,就会较为迅速地发生反应,生成氢氧化铁,于是放出热量。铁在自然条件下的氧化反应速度是缓慢的,若能加快这种反应,如设法加大铁的表面积,使用水、食盐和活性炭形成原电池来促进反应,就可以得到发热袋所需的温度,成为发热袋的热源。

  详解反应成分

  铁粉:空气中的氧气与铁粉发生反应产生氧化铁,铁被腐蚀的时候会释放出热量。这些热量能令铁粉的温度达到72.78℃;军用级别的取暖器温度能达到93.33℃。一般工厂将铁碾碎或者用水喷射熔化了的铁来得到铁粉。

  多孔的小袋子:打开塑料包装袋,空气就渗入了暖宝宝小袋子中,袋子中开始进行能发热的化学反应。小孔越多意味着空气越多,因此鞋用暖宝宝的小孔比一般暖宝宝更多(鞋中的空气没那么流通,需要更多孔)。

  活性炭:活性炭的作用是吸附住空气中的水分,保证氧化过程顺利进行。它还有导热功能,因此它能均匀散热。加热后的木炭体积膨胀,在碳原子间会留出数以百万计的小孔,这样一来每克炭的表面积会增加至2000平方千米,这些缝隙用来吸附水分足够了。

  氯化钠:氯化钠(盐)与水混合是一种能促使铁粉腐蚀的催化剂。蛭石:这种含水的硅酸镁铝在加热的时候会膨胀,看上去就像蠕虫一样,因此得名于拉丁语中ver-miculus的蠕虫。它很轻,吸水能力强,在暖宝宝中不参与化学反应。它的味道也不臭,因此它是一种能防火的超级材料。它是绝缘体,有些建筑材料中也会用到它。它和活性炭一起将铁粉分散开来,避免暖宝宝中的填充物发热太快灼伤皮肤。

  取暖驱寒但须合理使用

  好的暖宝宝升温快,发热均匀,持续时间长,而且手感舒适,不坠袋。暖宝宝对关节炎、肩周炎、腰腿痛、风湿及类风湿、畏寒不适、四肢发凉、伤处遇寒疼痛等患者有止痛保健作用。

  从暖宝宝的材料来看,只要按照科学的使用方法和正确的步骤使用,应该是没有副作用的,但劣质产品可能会使用工业铁粉,对人体有害,所以消费者要谨防低价劣质产品。

  一般人使用暖宝宝是不会有不良反应的。不过,糖尿病人、小孩和老人要慎用,因为糖尿病患者和老人肢体末端感觉减退,小孩则皮肤娇嫩,容易发生低温烫伤。使用前一定要仔细阅读使用方法和注意事项。暖宝宝的最高发热温度可达66℃,且12小时持续均匀放热,因此是严禁直接贴在皮肤上的,也不适合贴在较薄的衣服上,睡觉时也不宜使用,使用时最好每隔1小时检查一下皮肤,发现有红斑或其他不适,应立即停止使用。

本文来自《科学24小时》

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