王书凡 李金潼 王文娜

摘 要：新型无尘环保黑板主要由磁性笔、磁性黑板、磁性黑板擦三部分组成，主要实现书写、字迹显示、局部擦除、防反光幕布投影四个主要功能。磁性黑板由内部板芯、外部高分子塑料板两部分组成。板芯由面板层、底板层和设置于面板层及许多小室构成的网络夹层组成。在夹层中灌入双面磁粉的悬浮液。书写时，磁性笔划过面板层，夹层内的磁粉受磁性依附到面板层。由于乳白色悬浮液和黑色磁性粒子色差强烈，所以磁性画笔划过的痕迹将清晰得呈现黑色的线条。擦除时，磁性黑板擦过磁性黑板，悬浮的磁粉粒子受到斥力离开面板层，同时磁粒白面受到吸引显示在面板层。新型无尘环保黑板书写方便、质量轻、无粉尘，且制作成本低，市场广阔，集多功能于一体。保护环境的资源，保障了师生健康。

关键词：无尘黑板；双面磁粉；磁泳；教学用具

1研究背景

“一根粉笔，三尺讲台”，现有的黑板粉笔的教学模式需要大量使用粉笔，粉笔的主要成分为碳酸钙和硫酸钙，在书写和擦除的过程中会转换为微小颗粒，极易被吸入呼吸道中，对人体呼吸道造成伤害。同时粉笔灰的碱性微粒子有很强的吸附能力，会对师生的耳鼻喉皮肤等部位造成严重损害。并且粉尘也会对电教设备带来极大的危害。粉笔属于不可再生资源，此类黑板粉笔式教学极大地消耗了资源。因此我们希望能够在安全的前提下设计一种无尘黑板，来尽最大可能的减少粉笔粉尘对我们师生健康的威胁，从而达到提升师生工作生活质量的目的。

2设计方向

从减少粉尘危害以及环保角度出发，借鉴了儿童磁性画板的工作原理。但是传统儿童磁性画板在擦除的过程中是利用板芯后面的消磁棒从左到右将版面上的痕迹全部擦除，不能局部擦除，如果将此运用于教学，效率十分低下。因此，从实现局部擦出角度出发，对磁性画板内部的磁粉结构进行了改进，淘汰普通磁性画板内只能被吸引而没有磁性的磁粉，利用两面都有磁性的磁粉代替。

3磁性黑板的结构

磁性黑板主要由磁性笔、磁性黑板、磁性黑板擦三部分组成，分别完成书写、字迹显示以及擦除三大功能。

3.1磁性笔

磁性笔是单独存在于黑板外部的结构，磁性笔的笔身为高分子塑料设计，结实耐磨，材料轻便便宜。磁性笔笔头为双极磁性磁铁，外部露出部分为N（S）极，从而可以对磁性黑板的板芯内部磁粉异性磁极进行吸引，完成对于书写笔迹的显示。

3.2磁性黑板

磁性黑板由内部板芯、外部高分子塑料板两部分组成。

板芯是黑板的主要部件，板芯由面板层、底板层和设置于面板层及底板层之间的由许多小室构成的网络夹层组成。在网络夹层灌入悬浮液，悬浮液主要由磁粉、流体介质和添加剂构成，悬浮液中包含有磁粉粒子。该磁粉粒子由四氧化三铁材料经双向充磁而成，每个磁粉粒子都有N极和S极，分别被染成白黑两种不同的颜色，从而实现在外部磁性笔书写时吸引异性磁极，使得黑色的笔迹显示在白色的黑板上；擦除时，磁性黑板擦排斥板芯内的同性磁极，使得磁粉黑色面受排斥，白色面被吸引，从而实现黑板的擦除。

在板芯的制作过程中，PVC 底板层先与网络夹层粘合，得到网络底板半成品，再将制得的网络底板灌入悬浮液，接下来粘合面板层， 把粘好的半成品进行焊接，得到板芯大致结构并且网络夹层由许多个独立的小室组成，呈蜂窝状，在网格内部填充悬浮液。悬浮液中的磁粉粒子，由四氧化三铁材料经双向充磁而成，分为有 N 极和 S 极，并且两极被染成白黑两种颜色，磁性笔头为N极时，将磁粉S极染为黑色，对应N极染成白色。

3.3磁性黑板擦

磁性黑板擦是独立于磁性黑板的外部結构，该设计方便黑板擦与黑板的n：1的自由配备。磁性黑板擦的底部部分由高分子塑料材料构成，材料结实易得，易于保养，也降低了产品整体价格。磁性黑板擦表面为有磁性的长方形磁片，并将S极暴露于外用于擦除由于被磁性粉笔吸引而使黑板表面显示黑色的磁粉。擦除后磁粉白色面同时被吸引，隐形于黑板内白色溶剂之中，擦除效果好。

4无尘环保黑板的工作过程

4.1磁性粉笔书写过程

使用者在使用时将磁性粉笔（假设笔头为N极）在面板层划过，笔头接触到面板的过程中，网格内小室的磁粉会从底板层上受到磁性粉笔的磁性，因磁性相吸，从而依附到面板层。由于悬浮液的底色为乳白色，而每颗磁粉粒子由于被吸引，S极黑面朝上，磁粉黑色和悬浮液乳白色对比强烈，所以磁性画笔划过的痕迹将呈现黑色的线条，笔迹清晰易读。在磁性粉笔经过之后，由于缺少了磁性物体的吸引，所以磁粉粒子会下落，但网格内灌注的悬浮液具有粘稠性，使得给了磁粉一个向上的支撑力，从而磁粉上升到到面板层之后不易沉回底板层，磁粉黑面停留在面板层，使得笔迹可以长时间停留在黑板上。

4.2磁性黑板擦擦除过程

用磁性粉笔进行书写之后，磁粉S极黑面会停留在板芯的面板层，受到网格内部粘稠悬浮液的支撑力，此时若想对磁性黑板进行擦除，可使用磁性黑板擦在磁性黑板表面划过。磁性黑板擦表面为S极磁片，在划过过程中，磁性黑板停留在面板层的磁粉粒子的S极黑面受到S极磁片的斥力，从而远离面板层，同时磁粉粒子的N极白面受到磁性黑板擦的吸引，被吸引到面板层。实现黑板的无尘擦除。

5产品优点

5.1书写方便

无尘环保黑板书写方便、质量轻。在使用过程中只需搭配一根磁性笔和一块磁性板擦，无论是在室内还是户外，都可随时随地进行工作。

5.2 可投影不反光

无尘环保黑板的内部构造使其具有可投影的功能，省去了幕布的使用，另外其弧形的板面设计也具有不反光的特性，解决了观众看不清板书的困扰。简单的设计中包含着多重考虑，既考虑到实际运用的需要又减少了花费。

5.3 无尘环保

无尘环保黑板完全杜绝了粉笔的使用，即不必开采大量的石灰石、矿和石膏矿，避免其造成环境污染和生态的破坏。在环保的同时又提升了师生工作生活质量，保障了师生健康。

5.4 前景广阔

无尘环保黑板使用原料为当下热门材料，包括高分子塑料、磁性材料、白炭黑、白油等。这些都是极易获得而且价格低廉的新型材料，处于不断发展之中，另外其制作工艺较为简单，具有较低的制作成本。无尘环保黑板响应国家创新的号召，具有广阔的发展前景。

6创新点

①实现局部擦除。我们将N极和S极分别涂为白黑两色，磁性笔的笔头为N极，用于擦除的板擦为S极，这样板擦的S极就可以和磁粉黑色面的S极同性相斥，实现局部擦除。

②改造普通黑板表面构造。现在的教学黑板多为高分子聚合黑板，由于使用材料与制作工艺的不同，经调查和查询，磁性黑板比现有教学黑板更经济实用；现有黑板多为黑绿色，多项调查表明这种暗色调的色彩不利于学生的身心健康和眼睛保护。无尘环保黑板将现有的黑板颜色从黑绿色改为米白色，能够让黑色的书写痕迹显得更加清晰的同时，保护使用者的眼睛和身心健康，有利于课堂教学效率的提升。

7总结

无尘环保黑板在保障书写清晰度和效率的同时，保护了师生的健康，减少了资源的开采和过度浪费，有利于资源可持续利用，同时一物多用，质量过硬，经济实惠，市场前景广阔。

参考文献：

[1]陈伟.彩色磁性画板的原理及工艺探讨[J].广东化工，2016，43（16）：294-295

作者简介：

第一作者：（王书凡）（女，1997-）山东市淄博市 汉族 学历（本科）研究方向（地理信息科学） 单位名称：河南理工大学单位所在省市：河南省焦作市单位邮编：454000

第二作者：（李金潼） 单位（河南理工大学）

第三作者：（王文娜）单位（河南理工大学）