試論微波技術(shù)在材料化學(xué)中的原理及其應(yīng)用進(jìn)展

王冠

(周口師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南周口466000)

引言

微波技術(shù)是關(guān)于微的波產(chǎn)生、放大、發(fā)射、接受、傳輸、控制、測(cè)量以及應(yīng)用的技術(shù)。微波技術(shù)早在二十世紀(jì)七十年代中期就被廣泛應(yīng)用于材料化學(xué)中，經(jīng)過幾十年的研究至今，微波技術(shù)不僅能應(yīng)用在化學(xué)樣品分析處理，還能在農(nóng)業(yè)、化工、生物制藥以及物質(zhì)提取等領(lǐng)域中被廣泛關(guān)注和應(yīng)用。在改變傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的同時(shí)，提高了研究的質(zhì)量。

1　微波的加熱作用原理

微波是一種電磁波，頻率在300MHz以上，300000MHz以下，電波譜中在紅外線和中波之間，在工業(yè)和科學(xué)研究的領(lǐng)域中，可以用到為微波頻率一共有四個(gè)， (2450±13)MHz頻率是最常用的，對(duì)于微波加熱作用原理，和傳統(tǒng)的加熱相比，微波加熱具有以下幾方面特點(diǎn):微波加熱能夠?qū)崿F(xiàn)分子水平上的加熱，而且微波加熱的溫度梯度較小，變化不大;微波加熱能夠?qū)旌辖M成選擇性加熱，加熱后沒有滯后效果。微波加熱在材料的介電位移和材料內(nèi)部不同電荷的極化是微波加熱的本質(zhì)，這種極化產(chǎn)生的電流和電場(chǎng)導(dǎo)致材料內(nèi)部經(jīng)過不斷摩擦發(fā)熱，也就是內(nèi)加熱。

2　微波技術(shù)在材料化學(xué)中的應(yīng)用

2.1　微波技術(shù)在有機(jī)合成上的應(yīng)用

水解、氧化、聚合以及自由基反應(yīng)是微波有機(jī)反應(yīng)的主要表現(xiàn)，經(jīng)過研究人員的實(shí)驗(yàn)表明，在100W功率下，溫度在90攝氏度的時(shí)候，微波條件在平均22小時(shí)被縮短為35分鐘，并且合成了二十種化合物，其中有八種化合物產(chǎn)率提高，有四種化合物保持不變，有八種化合物的產(chǎn)量會(huì)降低7%以上，36%以下，但是在微波技術(shù)的作用下，作物的純度普遍提高，其中純度提高最大可以達(dá)到42%。

微波技術(shù)在有機(jī)合成應(yīng)用中，可以快速促進(jìn)水解，可以利用家中被改良的微波爐，可以直接用未改良的微波爐，用濃度為98%的硫酸，將微波爐的火力控制在2檔以上5檔以下，四對(duì)甲苯磺?；谖⒉夹g(shù)的作用下編程全氮冠醚的時(shí)間只需要最低50秒，最高120秒，和傳統(tǒng)的加熱方法相比，時(shí)間縮短了3000倍-8000倍，98%硫酸的用量和傳統(tǒng)的加熱方法比用的也少了，但是收率卻比傳統(tǒng)手法高出很多［1］。

2.2　微波技術(shù)在高分子材料中的應(yīng)用

高分子合成材料在進(jìn)行工業(yè)加工的時(shí)候需要進(jìn)行加熱處理，但是高分子材料和混合物的粘度比較大，且導(dǎo)熱性能較差，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)局部加熱后過熱，而其他地方的溫度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，從而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)，反應(yīng)器上被粘上的反應(yīng)物很難清洗。這種情況下微波技術(shù)可以解決以上現(xiàn)象，研究人員對(duì)苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯進(jìn)行研究，二者在高能量脈沖微波的照射下進(jìn)行乳膠聚合，經(jīng)過試驗(yàn)后證明脈沖微波可以提高乳液聚合的速度與轉(zhuǎn)化能力，脈沖微波制成的聚合物玻璃化溫度與聚合物組成，該方法與常規(guī)加熱方法制成的產(chǎn)品沒有明顯差異，所以研究表明該技術(shù)對(duì)反應(yīng)物的物理性質(zhì)以及微觀的結(jié)構(gòu)影響不大。

微波技術(shù)下，甲基丙烯酸甲酯無(wú)乳化劑的乳液進(jìn)行聚合，最終制成超細(xì)局甲基丙烯酸甲酯微球，該技術(shù)加快了物質(zhì)的聚合反應(yīng)，在微波技術(shù)的服裝下過硫酸鉀表觀上分解活化能降低到106KJmol-1。

2.3　微波技術(shù)在無(wú)機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用

除了有機(jī)合成材料和高分子材料，微波技術(shù)也可以廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)化學(xué)中，微波技術(shù)可以對(duì)過渡金屬和P區(qū)金屬氧化物進(jìn)行研究，微波燒結(jié)技術(shù)的使用被廣泛應(yīng)有在工業(yè)生產(chǎn)生活中，氧化鋁透明陶瓷制作過程中，原料是純氧化鋁粉末，在原料中添加適當(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑，將純氧化鋁粉末和燒結(jié)助劑放在2.45GHz、1.5kW單模微波爐里，升溫的速度調(diào)到每分鐘150攝氏度，在1700攝氏度的條件下進(jìn)行燒結(jié)10分鐘后就能得到Al2O3，且是呈現(xiàn)透明的，如果將燒結(jié)的時(shí)間延長(zhǎng)，但是不超過三十分鐘，可以制成的Al2O3透明度更高，如果添加適量透光元素后可以支撐透明彩色的Al2O3。

分子篩是一種良好的催化活性物質(zhì)，試驗(yàn)人員和工業(yè)人員嘗試著使用微波技術(shù)進(jìn)行分子篩合成，用常壓回流微波加熱基礎(chǔ)可以合成分子篩，且合成后得到的分子篩的晶粒尺寸被減小到100nm以下。如果在沒有模板劑的情況下使用微波照射法制備AlPO4型分子篩，不同的鋁源和不同的溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不同的鋁源可以得到Al-PO4-H1分子篩，不同的合成溫度可以得到AlPO4-H2分子篩和Al-PO4-H3分子篩。

3　總結(jié)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，經(jīng)過不斷的研究與實(shí)驗(yàn)，微波技術(shù)作為一門新興技術(shù)，在各行各業(yè)展現(xiàn)了它的優(yōu)勢(shì)，但是我國(guó)目前關(guān)于微波技術(shù)的應(yīng)用與理論研究還不足，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)與研究工作得以進(jìn)一步證實(shí)，研究微波技術(shù)，將電磁波理論和等離子體物物理理論等化學(xué)原理與微波技術(shù)結(jié)合再一起，經(jīng)過不斷的研究，微波技術(shù)將會(huì)更深入的應(yīng)用在生產(chǎn)與生活當(dāng)中，從而提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

［1］錢寶良.國(guó)外高功率微波技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.真空電子技術(shù)，2015(02):2-7+1.

［2］張先如，徐政.微波技術(shù)在材料化學(xué)中的原理及其應(yīng)用進(jìn)展［J］.輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào)，2005(04):196-200.