论文部分内容阅读
摘 要：将建筑陶瓷功能化是陶瓷行业的主要发展方向之一。本文对功能型建筑陶瓷，如自洁陶瓷、抗菌陶瓷、太阳能陶瓷、远红外辐射陶瓷、防静电陶瓷、发光陶瓷、调湿陶瓷、负离子陶瓷、多孔隔热陶瓷、透水砖、吸声陶瓷、吸收电磁波陶瓷和吸收二氧化碳陶瓷等方面进行了归纳，并阐述了各种功能型瓷砖的原理、工艺和应用。
关键词：功能型建筑陶瓷；自洁；抗菌；负离子；调湿；吸声；应用
1 引言
在陶瓷矿物资源以及能源资源日益枯竭、劳动力日渐紧缺、节能减排要求不断提高以及国际低碳要求的大环境下，我国建筑卫生陶瓷正在逐渐从拼产量为主的经营方式向着以质量、规格、档次等为主的经营方式转变。
建筑陶瓷的功能化，是国内外建筑陶瓷行业的主要发展方向之一[1]。功能化建筑陶瓷是在保证装饰效果的前提下，赋予陶瓷其它功能，以提供人类更好的活动环境的一类陶瓷。同一类陶瓷产品的生产成本基本相同，在保证性价比前提下，陶瓷产品的价值随着功能的增加而提高，产品竞争力也会随之相应地增强[2]。建筑陶瓷的功能化还可以使陶瓷品种、规格多样化，更好地适应市场需求。
本文对各种功能型建筑陶瓷砖进行了总结，并阐述了它们的原理、生产工艺及其应用。
2 功能型建筑陶瓷的作用及应用
2.1 自洁陶瓷
2.1.1光催化（亲水）陶瓷
二氧化钛（TiO2）在紫外线照射激发后具有光催化作用，在瓷砖表面负载一层纳米级TiO2颗粒，使得瓷砖具有自清洁和抗菌、除臭功能。这种薄膜透明无色，不影响釉面的装饰效果。此外，TiO2薄膜属于无机材料，具有不易燃和耐腐蚀的特性。
经紫外线激发后，TiO2涂层瓷砖的光催化作用会持续很长时间（长于夜间时间），能破坏有机物结构，提高瓷砖表面的润湿性。它所具有的功效如下：
（1） 灭菌
TiO2被激发后产生的电子-空穴对，具有强氧化性，当有机物、微生物、细菌等与二氧化钛薄膜接触时， 就被氧化成二氧化碳和水。
（2） 自清洁或易清洁性
由于TiO2涂层润湿性高，水可轻易在瓷砖表面铺展开。因此自来水、雨水在这种瓷砖表面就相当于清洁剂。油脂、灰尘不易粘附在光催化涂层上，容易脱离瓷砖面。综合表现为自清洁或易清洁性，可降低清洁剂的用量。
（3） 防雾
水滴是瓷砖表面雾化的直接原因。凝结水在润湿性高的TiO2涂层瓷砖表面铺展开来难以形成水滴，起到防雾作用。且干燥时又能去除污迹，使得瓷砖表面保持干净。这种性能在浴室尤其重要，使瓷砖具有优良的冲洗效果，如图1所示。
（4） 清新空气
在循环流动的空气中，光催化瓷砖将与其表面接触的微生物杀灭，从而具有除臭、清新空气的作用。
光催化TiO2瓷砖一般是用溶胶—凝胶法预先制备TiO2溶胶，然后采用浸渍提拉、离心或喷涂等方法，将TiO2溶胶涂在陶瓷表面，经500～700℃热处理后获得光催化瓷砖[3,4]。
光催化亲水瓷砖在20世纪70年代由日本发明，可用于卫生陶瓷、外墙釉面砖、医院病房等方面，正受到越来越多人的欢迎。
2.1.2疏水陶瓷
疏水是指固体表面上的表观接触角超过90°的一种表面现象。接触角超过120°，滑动角小于10°的超疏水表面就具有自洁和防污性能[5]。在瓷砖表面涂覆疏水性的涂层，疏水涂层是一种由有机和无机材料组合成的纳米颗粒，能减小瓷砖表面张力，从而显著增加瓷砖表面与外部液体的接触角，使液体形成液滴。同时易于滚动而带走表面的杂质（如灰尘），犹如荷叶的“荷叶作用”使水珠易于滚动，如图2所示。国外已有公司生产这种具有自洁和防污功能的疏水瓷砖。
2.2 抗菌陶瓷
在陶瓷釉中或表面上浸渍、喷涂或者滚印上无机抗菌剂，从而使陶瓷制品表面上的致病细菌控制在必要水平之下。抗菌陶瓷在保证陶瓷装饰效果的前提下，具有抗菌、除臭功能。
2.2.1银系抗菌陶瓷
将含有Ag+离子的无机物加入釉料中烧制抗菌釉。微量的Ag+离子进入菌体内部，破坏微生物细胞(细菌、病毒等)的呼吸系统及电子传输系统，引起活性酶的破坏或氨基酸的坏死[6]。与此同时，Ag+离子的催化作用可将氧气或水中的溶解氧转换为具有抗菌作用的活性氧。
2.2.2光触媒钛系抗菌陶瓷
光触媒TiO2不仅具有自洁功能，还具有很强的抗菌功能。在大于其带隙能的紫外线照射后，TiO2的光催化作用能将环境中有害有机物降解为CO2和H2O，且光照下生成的过氧化氢和羟基自由基，具有杀菌作用[7]。
2.2.3 稀土激活银系、光触媒系复合抗菌陶瓷
在银系、光触媒抗菌剂中加入含有稀土元素的原料而制成。光触媒受到紫外线照射时，产生电子—空穴对，稀土元素的价电子带因俘获光催化电子而被激活[8]。由于稀土元素的激活，使抗菌剂的表面活性增大，达到提高抑菌的效果，产生保健、抗菌、净化空气的综合功效。
2.2.4 远红外抗菌陶瓷
将远红外材料(锆、锰、铁、钴、镍其氧化物等)加入到陶瓷原料中烧制成瓷，在常温下能发射出8～18?滋m波长的远红外线。红外辐射能直接穿透细胞壁，细菌体分泌的毒素在此环境下容易受到破坏，能有效破坏菌体的新陈代谢和抑制其生长繁殖，从而具有杀菌功能[9]。而且远红外线具有优良的保健功能。
2.3 太阳能陶瓷
随着能源价格上涨，以及更多环保政策的出台，太阳能利用产业正经历高速的发展。瓷砖所占空间面积巨大，将瓷砖与太阳能技术结合具有重大的意义。
2.3.1太阳能发电瓷砖
太阳能光伏电池瓷砖是在釉层里加入氧化锡或氧化钴电极层，然后在釉料表面复合硅层（即光伏电池）和透明保护膜；或直接在坯体表面复合多层有机硅、透明导电膜和防反射保护膜，接线后瓷砖就具有太阳能发电作用[10]。太阳能瓷砖可用于屋顶砖、外墙砖，还可联合有机硅层与瓷砖结构来做成隔声系统。图3显示的是高速公路上安装的光伏电池瓷砖。 2.3.2吸收太阳能的黑色瓷砖
黑色物体具有较高的光热吸收、转换效率。在普通陶瓷原料中加入一定比例的钛钒尾渣，由于钒尾渣的V、Ti等第四周期过渡元素化合物含量高，可制得阳光吸收率高达90%的黑色瓷砖[11]。钒钛黑瓷砖采用传统瓷砖生产工艺，可以充分利用现有的生产设备。
黑色陶瓷的光热转换效率高，可应用于太阳能房顶、暖气片、红外辐射地板等方面。黑瓷板目前多用于太阳能加热热水，未来可发展用于太阳能发电。
2.4 红外辐射陶瓷
远红外线具有优良的灭菌、活化、保健等特性。在发达国家，远红外保健产品已相当普及。将红外辐射材料添加进釉料中，制成红外辐射瓷砖。除了本文提到的抗菌功能，还具有促进新陈代谢、消除疲劳、提高免疫力等保健作用。
对于红外辐射瓷砖，首先要选择高性能的红外辐射粉体。红外粉体可吸收环境热量，然后以远红外能量形式输出，其实质是材料的分子偶极矩的变化与光的振荡电场相互作用的结果。多离子体系在振动过程中容易改变分子的对称性而使偶极距发生变化，红外线的吸收和发射能力强。目前研究热点是由过渡金属氧化物高温烧制的尖晶石多离子掺杂体系[12]。
将约10%的远红外粉体加入到釉料中，然后把釉浆施在坯体上，经烧成制得具有发射远红外线功能的陶瓷制品。研究表明，辐射性能随远红外粉体添加量的增多而提高，釉面光泽度和显微硬度也提高，釉白度略为降低，对釉面装饰效果并无不良影响[13]。
2.5 防静电瓷砖
静电给一些行业和日常生活带来危害，如静电放电引起易燃物起火爆炸、电子产品损坏、人体受到电击等[14]。防静电陶瓷是在釉层中或者坯体中加入导电材料而具有防静电性能，如图4所示。相对防静电橡胶板、防静电水磨石等，其具有长效、不发尘、耐磨、装饰效果较好等优点。
导电釉的原理是将导电颗粒材料与陶瓷结合，使导电颗粒在陶瓷中形成连续的导电通道，使离子的迁移变得容易，当陶瓷的电阻降到1.0×105～1.0×109Ω时，将较大提高其表面静电释放速度，达到防静电效果[15]。
研究表明，釉中的晶相对防静电陶瓷的电性能的影响体现在晶相的阻隔作用、釉成分的偏析、导电成分的偏析等方面。结果还表明，透明釉、钡无光釉均能制备电性能良好的防静电陶瓷，而锆乳浊釉中锆英石晶相会降低防静电陶瓷的表面电阻，不适于制备防静电陶瓷[16]。
国内对防静电瓷砖有较深入的研究和应用。防静电陶瓷砖国家标准(防静电陶瓷砖，GB 26539-2011[17])已于2011年6月16日正式分布实施。
2.6 发光陶瓷
发光瓷砖是把发光粉（一般是光致发光长余辉材料）添加到陶瓷釉料中，在有光源照时进行吸光、储光，撤去光照后仍能够长时间发光（可高达10h）的陶瓷砖。
传统的发光粉主要是硫化锌和硫化钙荧光体，为了防止高温降低其发光性能，烧成温度一般低于800℃，因此，坯釉结合性较差。近年来，稀土离子激活的铝酸盐、硅酸盐已经成为长余辉材料的主体，具有发光亮度高、余辉时间长、高温稳定性好、无毒无放射性等优点[18]。
合适的基础釉组成和烧成温度制度是获得良好的发光性能和釉面质量的技术关键。蓄光粉的加入量越多，发光性能越好，但加入量过多会导致坯釉结合性变差，且成本也会随之增加，蓄光粉的最佳加入量为30%左右[19]。
2.7 负离子瓷砖
较高的空气负离子浓度是高空气质量所必须具备的条件之一。在自然界里，植物的光合作用、水流撞击、雷电现象等都可以产生大量的负离子。而在空气差的环境中，空气负离子浓度较低，增加空气负离子浓度对促进人体健康具有重要意义。
电气石是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，可以使空气电离产生负离子，其原理是：电气石存在的永久性电极，使其表面具有强电场，强电场将空气中的水分子电离生成OH-和H+，而OH-与极性的水分子结合形成水合羟基负离子OH-(H20)n（n=8～10），即空气负离子，散发到空气中提升空气负离子浓度[20]。
将电气石磨成超细粉，按5%～15%比例加入到釉料或坯料中烧制成负离子陶瓷。烧成温度不易过高（电气石的负离子释放量会随温度的升高而下降），应控制在1090℃[21]。
2.8 调湿陶瓷
当空气中相对湿度在40%～70%范围时，有利于人类居住和物品的保存。过高的湿度会让人感到胸闷，物品易霉；湿度过低则会让人感到干燥，物品也容易干裂。调湿瓷砖依靠自身的吸放湿特性，感应所调空间空气湿度的变化，自动调节空气相对湿度。
调湿材料内部具有大量的连通微孔，比表面积高，且孔径分布适当，孔隙能够对空气中水蒸气产生毛细管凝聚作用。当空气中湿度大时，微孔会自动吸附水蒸气；而空气干燥时，释放水分。在调节湿度的同时，还具有除臭和防止微生物滋生的效果。
多孔陶瓷材料，如沸石、硅藻土、海泡石等具有优良的调湿性能[22-24]。以它们为原料，与其他陶瓷料配合或者在陶瓷基体表面复合一层调湿层，就获得调湿瓷砖。
日本已将保湿瓷砖产业化，国内也开展了调湿材料的研究。值得注意的是，孔隙率高的多孔材料防污性能较差，因此需要考虑其可清洁性。
2.9 多孔功能性瓷砖
多孔瓷砖由于具有不同的孔隙结构（孔隙率、孔径分布和孔径大小）而具有透水、吸音、隔热等功能。有关多孔陶瓷的研究已很深入，在此进行归纳并简述其原理工艺。
2.9.1隔热保温砖
近年来，由于有机保温材料的耐火性差而引起建筑物火灾频发。陶瓷材料成为保温材料的主要研究课题之一。把陶瓷做成内部含有大量封闭气孔的结构，因为气体的导热系数小而获得优良的隔热保温性能。
以陶瓷废料为主要原料，添加发泡材料或造孔剂，经高温烧制成的蜂窝状闭气孔陶瓷，具有隔热性强、质轻、成本低等优点。抛光砖废料内含抛光时磨头磨损物碳化硅、氯氧镁水泥等高温发泡物质，烧成时易使坯体变形而难以作为实心烧结陶瓷的原料，但却是制备闭孔隙的隔热保温陶瓷的良好材料[25]。以抛光砖废料为主要原料，不用添加发泡剂，可制得轻质高强的多孔保温建筑陶瓷[26]。 2.9.2透水砖
透水砖的连通孔隙尺寸大，能够将雨水极快导入地下，干燥时水分又通过孔隙回到空气中，起到排水、调节湿度的作用。陶瓷透水砖的制备方法包括添加造孔剂法、颗粒堆积法等制成。工业化生产一般采用颗粒堆积法，它是以适当颗粒配比、粒径为10～40目的废陶瓷颗粒等工业废料为主要原料，辅以高温粘结剂等。通过压制成形、干燥和烧成制得孔径在0.3～2mm的三维连通孔隙陶瓷，具有较高的抗压强度和透水系数[27]。
2.9.3吸声砖
随着噪声污染日益严重，社会对吸声材料的需求量快速增长。多孔吸音陶瓷的装饰性高、质轻、机械性能好、中低频吸音性能优良、安装简便，是吸声材料的主要发展方向之一[28]。
多孔吸声陶瓷具有高达80%的连通孔隙率，孔径约10～500?滋m。制备方法也包括造孔剂法、颗粒堆积法等。图5为吸声陶瓷的内部孔隙和外观图。
2.10其它功能性瓷砖
除了上述的功能型建筑陶瓷外，还有其它不常见的功能型建筑陶瓷。根据外加材料的不同功能，可以获得相应功能的瓷砖。
在陶瓷原料中加入软性铁氧体的金属氧化物或金属粉体，可以烧制成吸收电磁波的瓷砖。其中软性铁氧体是吸收电磁波的重要成分，可充分利用含有这些金属氧化物的废料，如镀锌废渣、赤泥等废料[29]。
在瓷砖表面涂覆可以吸收二氧化碳和硫化物、氮化物等气体的材料，就可以让瓷砖具有吸收相应气体的功能，用于室内时可提高空气质量，提供一个更舒适的生活环境。
3 结语
随着人们生活水平的提高，越来越多的人注重瓷砖的附加功能，功能型建筑陶瓷为人们创造舒适卫生的环境，其市场越来越大。
在陶瓷生产成本不断上升的大环境下，建筑卫生陶瓷行业进行产业调整刻不容缓。在这过程中，应以高新技术推动产品创新，使产品结构向着绿色方向发展。因此，在发挥建筑卫生陶瓷装饰性的同时，增加包括自洁、抗菌、吸收太阳能、远红外辐射、防静电、发光、调湿、释放负离子、多孔等功能，是陶瓷行业发展的主要方向之一。
企业作为市场机制的主体，应以市场需求为导向加大科研经费投入，增强企业科研创新能力，还应重视教育和发展创新文化。同时，企业、大学、研究院所应寻求紧密的合作，构建产业调整的技术创新模式、框架，促进我国陶瓷行业向世界领先水平发展。
参考文献
[1] 白战英,张卫星,刘小云.我国建筑卫生陶瓷行业技术现状及发
展趋势[J].陶瓷,2011,12:40-43.
[2] 胡林荣,黄 弘,陈芙蓉.建筑卫生陶瓷产品特征与竞争力[J].中国
陶瓷工业,2004,11(5):54-56.
[3] 贺飞,唐怀军,赵文宽等.二氧化钛光催化自洁功能陶瓷的研制[J].
武汉大学学报（理学版）,2001,47(4):419-424.
[4] 沈毅,周明.光催化自洁净陶瓷的研究与发[J].陶瓷学报,2003,24
(3):185-188.
[5] 许爱民,曾令可.陶瓷材料疏水性能的研究进展[J].人工晶体学
报,2007,36(2):405-409.
[6] 冯晋阳.无机抗菌陶瓷的研制[D].武汉:武汉理工大学,2002.
[7] 陈前林,吴建青,王龙观.TiO2光催化抗菌陶瓷的制备[J].功能材
料,2009,40(7):1166-1168.
[8] 胡海泉,江锦明,吴大选等.陶瓷抗菌剂和抗菌陶瓷产品的开发
现状和发展[J].陶瓷研究,2000,15(2):25-28.
[9] 王黔平,郭相雄,王若鑫等.高辐射红外陶瓷材料的研究进展及
应用[J].陶瓷学报,2011,32(3):437-442.
[10] Arnaldo Moreno Berto.Ceramic tiles: Above and beyond tradi-
tional applications[J].Journal of the European Ceramic Society,
2007,27:1607-1613.
[11] 许建华,曹树梁.钒钛黑瓷制作中空太阳[J].山东陶瓷,2005,28
(4):44-45.
[12] 李 艳,吴建青.高可见光吸收红外辐射陶瓷的制备和性能[J].
中国陶瓷,2006,42(7):26-29.
[13] 刘维良,何志平,卢丽丹等.远红外日用陶瓷釉的研究[J].陶瓷
学报,2006,27(1):34-37.
[14] 赵斌,杨尚平,马骏骑等.浅谈静电的危害及其应用[J].物理与
工程,2006,16(3):51-54.
[15] 孙可平.工业静电[M].北京:中国石化出版社,1994.
[16] 汪永清,吴建青,周健儿等.釉中晶相对防静电陶瓷电性能的影
响探讨[J].中国陶瓷,2005,41(2):10-13.
[17] 防静电陶瓷砖[s].北京,2011.
[18] 崔波,徐忠民.发光材料及陶瓷发光釉的研究综述[J].中国陶
瓷,2006,42(11):36-38.
[19] 裴秀娟,许霞.关于提高蓄光性荧光陶瓷发光性能的探讨[J].
中国陶瓷,2005,41(1):24-27.
[20] 冀志江.电气石自极化及应用基础研究[D].北京:中国建筑材
料科学研究院,2003.
[21] 黄凤萍,李缨.负离子环保陶瓷的研究[J].佛山陶瓷,2006,16(1):
4-7.
[22] 姜洪义,王一萍,万维新.沸石、硅藻土孔结构及调湿性能的研
究[J].硅酸盐通报,2006,25(6):30-33.
[23] 吕荣超,冀志江,张连松等.海泡石应用于调湿材料的研究[J].
岩石矿物学杂志,2005,24(4):329-332.
[24] 孙国梁,梁立强,石纪军等.具有调湿功能的新型环境材料的研
究[J].陶瓷学报,2006,27(2):167-171.
[25] 奚修安.抛光砖的烧成发泡机理及应用研究[D].广州:华南理
工大学,2011.
[26] 蔡晓军,奚修安,税安泽等.利用陶瓷抛光废料制备高强轻质建
筑材料的研究[J].硅酸盐通报,2011,30(4):955-959.
[27] 廖奇丽,江伟辉,虞澎澎等.工艺参数对陶瓷透水砖性能影响的
研究[J].新型建筑材料,2007(4):29-31.
[28] 周曦压,凡波.吸声材料研究的进展[J].中国陶瓷,2004,40(5):
26-29.
[29] 鲁陶.能吸电磁波的瓷砖问世[J].山东陶瓷,2009,32(1):7.
关键词：功能型建筑陶瓷；自洁；抗菌；负离子；调湿；吸声；应用
1 引言
在陶瓷矿物资源以及能源资源日益枯竭、劳动力日渐紧缺、节能减排要求不断提高以及国际低碳要求的大环境下，我国建筑卫生陶瓷正在逐渐从拼产量为主的经营方式向着以质量、规格、档次等为主的经营方式转变。
建筑陶瓷的功能化，是国内外建筑陶瓷行业的主要发展方向之一[1]。功能化建筑陶瓷是在保证装饰效果的前提下，赋予陶瓷其它功能，以提供人类更好的活动环境的一类陶瓷。同一类陶瓷产品的生产成本基本相同，在保证性价比前提下，陶瓷产品的价值随着功能的增加而提高，产品竞争力也会随之相应地增强[2]。建筑陶瓷的功能化还可以使陶瓷品种、规格多样化，更好地适应市场需求。
本文对各种功能型建筑陶瓷砖进行了总结，并阐述了它们的原理、生产工艺及其应用。
2 功能型建筑陶瓷的作用及应用
2.1 自洁陶瓷
2.1.1光催化（亲水）陶瓷
二氧化钛（TiO2）在紫外线照射激发后具有光催化作用，在瓷砖表面负载一层纳米级TiO2颗粒，使得瓷砖具有自清洁和抗菌、除臭功能。这种薄膜透明无色，不影响釉面的装饰效果。此外，TiO2薄膜属于无机材料，具有不易燃和耐腐蚀的特性。
经紫外线激发后，TiO2涂层瓷砖的光催化作用会持续很长时间（长于夜间时间），能破坏有机物结构，提高瓷砖表面的润湿性。它所具有的功效如下：
（1） 灭菌
TiO2被激发后产生的电子-空穴对，具有强氧化性，当有机物、微生物、细菌等与二氧化钛薄膜接触时， 就被氧化成二氧化碳和水。
（2） 自清洁或易清洁性
由于TiO2涂层润湿性高，水可轻易在瓷砖表面铺展开。因此自来水、雨水在这种瓷砖表面就相当于清洁剂。油脂、灰尘不易粘附在光催化涂层上，容易脱离瓷砖面。综合表现为自清洁或易清洁性，可降低清洁剂的用量。
（3） 防雾
水滴是瓷砖表面雾化的直接原因。凝结水在润湿性高的TiO2涂层瓷砖表面铺展开来难以形成水滴，起到防雾作用。且干燥时又能去除污迹，使得瓷砖表面保持干净。这种性能在浴室尤其重要，使瓷砖具有优良的冲洗效果，如图1所示。
（4） 清新空气
在循环流动的空气中，光催化瓷砖将与其表面接触的微生物杀灭，从而具有除臭、清新空气的作用。
光催化TiO2瓷砖一般是用溶胶—凝胶法预先制备TiO2溶胶，然后采用浸渍提拉、离心或喷涂等方法，将TiO2溶胶涂在陶瓷表面，经500～700℃热处理后获得光催化瓷砖[3,4]。
光催化亲水瓷砖在20世纪70年代由日本发明，可用于卫生陶瓷、外墙釉面砖、医院病房等方面，正受到越来越多人的欢迎。
2.1.2疏水陶瓷
疏水是指固体表面上的表观接触角超过90°的一种表面现象。接触角超过120°，滑动角小于10°的超疏水表面就具有自洁和防污性能[5]。在瓷砖表面涂覆疏水性的涂层，疏水涂层是一种由有机和无机材料组合成的纳米颗粒，能减小瓷砖表面张力，从而显著增加瓷砖表面与外部液体的接触角，使液体形成液滴。同时易于滚动而带走表面的杂质（如灰尘），犹如荷叶的“荷叶作用”使水珠易于滚动，如图2所示。国外已有公司生产这种具有自洁和防污功能的疏水瓷砖。
2.2 抗菌陶瓷
在陶瓷釉中或表面上浸渍、喷涂或者滚印上无机抗菌剂，从而使陶瓷制品表面上的致病细菌控制在必要水平之下。抗菌陶瓷在保证陶瓷装饰效果的前提下，具有抗菌、除臭功能。
2.2.1银系抗菌陶瓷
将含有Ag+离子的无机物加入釉料中烧制抗菌釉。微量的Ag+离子进入菌体内部，破坏微生物细胞(细菌、病毒等)的呼吸系统及电子传输系统，引起活性酶的破坏或氨基酸的坏死[6]。与此同时，Ag+离子的催化作用可将氧气或水中的溶解氧转换为具有抗菌作用的活性氧。
2.2.2光触媒钛系抗菌陶瓷
光触媒TiO2不仅具有自洁功能，还具有很强的抗菌功能。在大于其带隙能的紫外线照射后，TiO2的光催化作用能将环境中有害有机物降解为CO2和H2O，且光照下生成的过氧化氢和羟基自由基，具有杀菌作用[7]。
2.2.3 稀土激活银系、光触媒系复合抗菌陶瓷
在银系、光触媒抗菌剂中加入含有稀土元素的原料而制成。光触媒受到紫外线照射时，产生电子—空穴对，稀土元素的价电子带因俘获光催化电子而被激活[8]。由于稀土元素的激活，使抗菌剂的表面活性增大，达到提高抑菌的效果，产生保健、抗菌、净化空气的综合功效。
2.2.4 远红外抗菌陶瓷
将远红外材料(锆、锰、铁、钴、镍其氧化物等)加入到陶瓷原料中烧制成瓷，在常温下能发射出8～18?滋m波长的远红外线。红外辐射能直接穿透细胞壁，细菌体分泌的毒素在此环境下容易受到破坏，能有效破坏菌体的新陈代谢和抑制其生长繁殖，从而具有杀菌功能[9]。而且远红外线具有优良的保健功能。
2.3 太阳能陶瓷
随着能源价格上涨，以及更多环保政策的出台，太阳能利用产业正经历高速的发展。瓷砖所占空间面积巨大，将瓷砖与太阳能技术结合具有重大的意义。
2.3.1太阳能发电瓷砖
太阳能光伏电池瓷砖是在釉层里加入氧化锡或氧化钴电极层，然后在釉料表面复合硅层（即光伏电池）和透明保护膜；或直接在坯体表面复合多层有机硅、透明导电膜和防反射保护膜，接线后瓷砖就具有太阳能发电作用[10]。太阳能瓷砖可用于屋顶砖、外墙砖，还可联合有机硅层与瓷砖结构来做成隔声系统。图3显示的是高速公路上安装的光伏电池瓷砖。 2.3.2吸收太阳能的黑色瓷砖
黑色物体具有较高的光热吸收、转换效率。在普通陶瓷原料中加入一定比例的钛钒尾渣，由于钒尾渣的V、Ti等第四周期过渡元素化合物含量高，可制得阳光吸收率高达90%的黑色瓷砖[11]。钒钛黑瓷砖采用传统瓷砖生产工艺，可以充分利用现有的生产设备。
黑色陶瓷的光热转换效率高，可应用于太阳能房顶、暖气片、红外辐射地板等方面。黑瓷板目前多用于太阳能加热热水，未来可发展用于太阳能发电。
2.4 红外辐射陶瓷
远红外线具有优良的灭菌、活化、保健等特性。在发达国家，远红外保健产品已相当普及。将红外辐射材料添加进釉料中，制成红外辐射瓷砖。除了本文提到的抗菌功能，还具有促进新陈代谢、消除疲劳、提高免疫力等保健作用。
对于红外辐射瓷砖，首先要选择高性能的红外辐射粉体。红外粉体可吸收环境热量，然后以远红外能量形式输出，其实质是材料的分子偶极矩的变化与光的振荡电场相互作用的结果。多离子体系在振动过程中容易改变分子的对称性而使偶极距发生变化，红外线的吸收和发射能力强。目前研究热点是由过渡金属氧化物高温烧制的尖晶石多离子掺杂体系[12]。
将约10%的远红外粉体加入到釉料中，然后把釉浆施在坯体上，经烧成制得具有发射远红外线功能的陶瓷制品。研究表明，辐射性能随远红外粉体添加量的增多而提高，釉面光泽度和显微硬度也提高，釉白度略为降低，对釉面装饰效果并无不良影响[13]。
2.5 防静电瓷砖
静电给一些行业和日常生活带来危害，如静电放电引起易燃物起火爆炸、电子产品损坏、人体受到电击等[14]。防静电陶瓷是在釉层中或者坯体中加入导电材料而具有防静电性能，如图4所示。相对防静电橡胶板、防静电水磨石等，其具有长效、不发尘、耐磨、装饰效果较好等优点。
导电釉的原理是将导电颗粒材料与陶瓷结合，使导电颗粒在陶瓷中形成连续的导电通道，使离子的迁移变得容易，当陶瓷的电阻降到1.0×105～1.0×109Ω时，将较大提高其表面静电释放速度，达到防静电效果[15]。
研究表明，釉中的晶相对防静电陶瓷的电性能的影响体现在晶相的阻隔作用、釉成分的偏析、导电成分的偏析等方面。结果还表明，透明釉、钡无光釉均能制备电性能良好的防静电陶瓷，而锆乳浊釉中锆英石晶相会降低防静电陶瓷的表面电阻，不适于制备防静电陶瓷[16]。
国内对防静电瓷砖有较深入的研究和应用。防静电陶瓷砖国家标准(防静电陶瓷砖，GB 26539-2011[17])已于2011年6月16日正式分布实施。
2.6 发光陶瓷
发光瓷砖是把发光粉（一般是光致发光长余辉材料）添加到陶瓷釉料中，在有光源照时进行吸光、储光，撤去光照后仍能够长时间发光（可高达10h）的陶瓷砖。
传统的发光粉主要是硫化锌和硫化钙荧光体，为了防止高温降低其发光性能，烧成温度一般低于800℃，因此，坯釉结合性较差。近年来，稀土离子激活的铝酸盐、硅酸盐已经成为长余辉材料的主体，具有发光亮度高、余辉时间长、高温稳定性好、无毒无放射性等优点[18]。
合适的基础釉组成和烧成温度制度是获得良好的发光性能和釉面质量的技术关键。蓄光粉的加入量越多，发光性能越好，但加入量过多会导致坯釉结合性变差，且成本也会随之增加，蓄光粉的最佳加入量为30%左右[19]。
2.7 负离子瓷砖
较高的空气负离子浓度是高空气质量所必须具备的条件之一。在自然界里，植物的光合作用、水流撞击、雷电现象等都可以产生大量的负离子。而在空气差的环境中，空气负离子浓度较低，增加空气负离子浓度对促进人体健康具有重要意义。
电气石是以含硼为特征的铝、钠、铁、镁、锂的环状结构硅酸盐矿物，可以使空气电离产生负离子，其原理是：电气石存在的永久性电极，使其表面具有强电场，强电场将空气中的水分子电离生成OH-和H+，而OH-与极性的水分子结合形成水合羟基负离子OH-(H20)n（n=8～10），即空气负离子，散发到空气中提升空气负离子浓度[20]。
将电气石磨成超细粉，按5%～15%比例加入到釉料或坯料中烧制成负离子陶瓷。烧成温度不易过高（电气石的负离子释放量会随温度的升高而下降），应控制在1090℃[21]。
2.8 调湿陶瓷
当空气中相对湿度在40%～70%范围时，有利于人类居住和物品的保存。过高的湿度会让人感到胸闷，物品易霉；湿度过低则会让人感到干燥，物品也容易干裂。调湿瓷砖依靠自身的吸放湿特性，感应所调空间空气湿度的变化，自动调节空气相对湿度。
调湿材料内部具有大量的连通微孔，比表面积高，且孔径分布适当，孔隙能够对空气中水蒸气产生毛细管凝聚作用。当空气中湿度大时，微孔会自动吸附水蒸气；而空气干燥时，释放水分。在调节湿度的同时，还具有除臭和防止微生物滋生的效果。
多孔陶瓷材料，如沸石、硅藻土、海泡石等具有优良的调湿性能[22-24]。以它们为原料，与其他陶瓷料配合或者在陶瓷基体表面复合一层调湿层，就获得调湿瓷砖。
日本已将保湿瓷砖产业化，国内也开展了调湿材料的研究。值得注意的是，孔隙率高的多孔材料防污性能较差，因此需要考虑其可清洁性。
2.9 多孔功能性瓷砖
多孔瓷砖由于具有不同的孔隙结构（孔隙率、孔径分布和孔径大小）而具有透水、吸音、隔热等功能。有关多孔陶瓷的研究已很深入，在此进行归纳并简述其原理工艺。
2.9.1隔热保温砖
近年来，由于有机保温材料的耐火性差而引起建筑物火灾频发。陶瓷材料成为保温材料的主要研究课题之一。把陶瓷做成内部含有大量封闭气孔的结构，因为气体的导热系数小而获得优良的隔热保温性能。
以陶瓷废料为主要原料，添加发泡材料或造孔剂，经高温烧制成的蜂窝状闭气孔陶瓷，具有隔热性强、质轻、成本低等优点。抛光砖废料内含抛光时磨头磨损物碳化硅、氯氧镁水泥等高温发泡物质，烧成时易使坯体变形而难以作为实心烧结陶瓷的原料，但却是制备闭孔隙的隔热保温陶瓷的良好材料[25]。以抛光砖废料为主要原料，不用添加发泡剂，可制得轻质高强的多孔保温建筑陶瓷[26]。 2.9.2透水砖
透水砖的连通孔隙尺寸大，能够将雨水极快导入地下，干燥时水分又通过孔隙回到空气中，起到排水、调节湿度的作用。陶瓷透水砖的制备方法包括添加造孔剂法、颗粒堆积法等制成。工业化生产一般采用颗粒堆积法，它是以适当颗粒配比、粒径为10～40目的废陶瓷颗粒等工业废料为主要原料，辅以高温粘结剂等。通过压制成形、干燥和烧成制得孔径在0.3～2mm的三维连通孔隙陶瓷，具有较高的抗压强度和透水系数[27]。
2.9.3吸声砖
随着噪声污染日益严重，社会对吸声材料的需求量快速增长。多孔吸音陶瓷的装饰性高、质轻、机械性能好、中低频吸音性能优良、安装简便，是吸声材料的主要发展方向之一[28]。
多孔吸声陶瓷具有高达80%的连通孔隙率，孔径约10～500?滋m。制备方法也包括造孔剂法、颗粒堆积法等。图5为吸声陶瓷的内部孔隙和外观图。
2.10其它功能性瓷砖
除了上述的功能型建筑陶瓷外，还有其它不常见的功能型建筑陶瓷。根据外加材料的不同功能，可以获得相应功能的瓷砖。
在陶瓷原料中加入软性铁氧体的金属氧化物或金属粉体，可以烧制成吸收电磁波的瓷砖。其中软性铁氧体是吸收电磁波的重要成分，可充分利用含有这些金属氧化物的废料，如镀锌废渣、赤泥等废料[29]。
在瓷砖表面涂覆可以吸收二氧化碳和硫化物、氮化物等气体的材料，就可以让瓷砖具有吸收相应气体的功能，用于室内时可提高空气质量，提供一个更舒适的生活环境。
3 结语
随着人们生活水平的提高，越来越多的人注重瓷砖的附加功能，功能型建筑陶瓷为人们创造舒适卫生的环境，其市场越来越大。
在陶瓷生产成本不断上升的大环境下，建筑卫生陶瓷行业进行产业调整刻不容缓。在这过程中，应以高新技术推动产品创新，使产品结构向着绿色方向发展。因此，在发挥建筑卫生陶瓷装饰性的同时，增加包括自洁、抗菌、吸收太阳能、远红外辐射、防静电、发光、调湿、释放负离子、多孔等功能，是陶瓷行业发展的主要方向之一。
企业作为市场机制的主体，应以市场需求为导向加大科研经费投入，增强企业科研创新能力，还应重视教育和发展创新文化。同时，企业、大学、研究院所应寻求紧密的合作，构建产业调整的技术创新模式、框架，促进我国陶瓷行业向世界领先水平发展。
参考文献
[1] 白战英,张卫星,刘小云.我国建筑卫生陶瓷行业技术现状及发
展趋势[J].陶瓷,2011,12:40-43.
[2] 胡林荣,黄 弘,陈芙蓉.建筑卫生陶瓷产品特征与竞争力[J].中国
陶瓷工业,2004,11(5):54-56.
[3] 贺飞,唐怀军,赵文宽等.二氧化钛光催化自洁功能陶瓷的研制[J].
武汉大学学报（理学版）,2001,47(4):419-424.
[4] 沈毅,周明.光催化自洁净陶瓷的研究与发[J].陶瓷学报,2003,24
(3):185-188.
[5] 许爱民,曾令可.陶瓷材料疏水性能的研究进展[J].人工晶体学
报,2007,36(2):405-409.
[6] 冯晋阳.无机抗菌陶瓷的研制[D].武汉:武汉理工大学,2002.
[7] 陈前林,吴建青,王龙观.TiO2光催化抗菌陶瓷的制备[J].功能材
料,2009,40(7):1166-1168.
[8] 胡海泉,江锦明,吴大选等.陶瓷抗菌剂和抗菌陶瓷产品的开发
现状和发展[J].陶瓷研究,2000,15(2):25-28.
[9] 王黔平,郭相雄,王若鑫等.高辐射红外陶瓷材料的研究进展及
应用[J].陶瓷学报,2011,32(3):437-442.
[10] Arnaldo Moreno Berto.Ceramic tiles: Above and beyond tradi-
tional applications[J].Journal of the European Ceramic Society,
2007,27:1607-1613.
[11] 许建华,曹树梁.钒钛黑瓷制作中空太阳[J].山东陶瓷,2005,28
(4):44-45.
[12] 李 艳,吴建青.高可见光吸收红外辐射陶瓷的制备和性能[J].
中国陶瓷,2006,42(7):26-29.
[13] 刘维良,何志平,卢丽丹等.远红外日用陶瓷釉的研究[J].陶瓷
学报,2006,27(1):34-37.
[14] 赵斌,杨尚平,马骏骑等.浅谈静电的危害及其应用[J].物理与
工程,2006,16(3):51-54.
[15] 孙可平.工业静电[M].北京:中国石化出版社,1994.
[16] 汪永清,吴建青,周健儿等.釉中晶相对防静电陶瓷电性能的影
响探讨[J].中国陶瓷,2005,41(2):10-13.
[17] 防静电陶瓷砖[s].北京,2011.
[18] 崔波,徐忠民.发光材料及陶瓷发光釉的研究综述[J].中国陶
瓷,2006,42(11):36-38.
[19] 裴秀娟,许霞.关于提高蓄光性荧光陶瓷发光性能的探讨[J].
中国陶瓷,2005,41(1):24-27.
[20] 冀志江.电气石自极化及应用基础研究[D].北京:中国建筑材
料科学研究院,2003.
[21] 黄凤萍,李缨.负离子环保陶瓷的研究[J].佛山陶瓷,2006,16(1):
4-7.
[22] 姜洪义,王一萍,万维新.沸石、硅藻土孔结构及调湿性能的研
究[J].硅酸盐通报,2006,25(6):30-33.
[23] 吕荣超,冀志江,张连松等.海泡石应用于调湿材料的研究[J].
岩石矿物学杂志,2005,24(4):329-332.
[24] 孙国梁,梁立强,石纪军等.具有调湿功能的新型环境材料的研
究[J].陶瓷学报,2006,27(2):167-171.
[25] 奚修安.抛光砖的烧成发泡机理及应用研究[D].广州:华南理
工大学,2011.
[26] 蔡晓军,奚修安,税安泽等.利用陶瓷抛光废料制备高强轻质建
筑材料的研究[J].硅酸盐通报,2011,30(4):955-959.
[27] 廖奇丽,江伟辉,虞澎澎等.工艺参数对陶瓷透水砖性能影响的
研究[J].新型建筑材料,2007(4):29-31.
[28] 周曦压,凡波.吸声材料研究的进展[J].中国陶瓷,2004,40(5):
26-29.
[29] 鲁陶.能吸电磁波的瓷砖问世[J].山东陶瓷,2009,32(1):7.