陕西科技大学材料学院《无机合成》课件8无机合成微波技术

《陕西科技大学材料学院《无机合成》课件8无机合成微波技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、无机合成与制备化学主讲：曹丽云2007.11陕科大第八章微波化学合成第一节微波及其特性1.微波:是频率大约300MHz-300GHz，即波长是100cm～1mm的电磁波，它位于电磁波谱的红外辐射(光波)和无线电波之间(图4-6)。可以用电磁波和电磁场理论处理与微波有关的一些问题，特别是微波在空间的传播及其与物质的相互作用等。微波是一个十分特殊的电磁波段，尽管它介于无线电波和红外辐射之间，但却不能将低频无线电波和高频红外辐射的概念加以推广的办法导出微波的产生、传输和应用的原理。例如，按照低频无线电波的原理，空心金属管波导将不能传输微波，因为按照这些原理，相反方向的电流将不能同时在同

2、一块金属里流动而汇合成单一方向的电流。然而，对于微波，却确实可以观测到相反方向的电流在波导的同一导体中流动。同样，虽然光可以在空心管中传播，但光却不能像微波那样沿一个同轴电缆传播。微波也不能用无线电和高频技术中普遍使用的器件，如传统的真空管和晶体管来产生。连续的低功率微波可用Gunn二极管或速调管作振荡器产生，100W以上的微波功率则常用磁控管来产生。在一般条件下，微波可方便地穿透某些材料，如玻璃、陶瓷、某些塑料(如聚四氟乙烯)等→可用这些材料作家用微波炉的炊具、支架及窗口材料等。微波也可被一些介质材料，如水、碳、橡胶、食品、木材和湿纸等吸收而产生热→微波也可作为一种能源而在家用

3、、工业、科研和其它许多领域获得广泛的应用。这种微波功率是一类不属于通信用的微波功率。发现微波的热效应，将微波作为一种非通信的能源广泛应用于工业、农业、医疗、科学研究乃至家庭是第二次世界大战结束以后的事。1945年美国雷声公司的研究人员发现了微波的热效应，两年后他们即研制成了世界上第一台采用微波加热食品的“雷达炉”。今天，家用微波炉在美国的普及率已达80％以上，年销量逾l200万台。微波加热作用的特点：是可在不同深度同时产生热，这种“体加热作用”，不仅使加热更快速，而且更均匀→大大缩短了处理材料所需的时间，节省了宝贵的能源，还可大大改善加热的质量，保持食品的营养成分，防止材料中有用

4、(有效)成分的破坏和流失等。应用：目前微波已被广泛用于纸张、木材、皮革、烟草以至中草药的干燥等；微波还可用来杀虫灭菌，从而在医学和食品工业中获得广泛应用；微波在生物医学方面还可用于诊断(如肿瘤)和治疗(如突发性耳聋、疼痛、类风湿关节炎、肩周炎、某些癌症等)疾病、组织固定、免疫组织化学和免疫细胞化学研究等；微波在其它领域的应用也越来越广泛，前景看好。微波在化学上的应用形成了微波化学这一新兴学科领域。微波化学：微波直接作用于化学反应体系而促进各类化学反应的进行，这就是通常意义上的微波化学。微波等离子体化学：微波与气态物质的作用，使气体先转变成等离子体，进而在各种化学反应中加以利用，即

5、微波等离子体化学。对于微波加快化学反应速度的解释：（1)人们大多认为是微波的致热效应：微波是一种内加热，加热速度快，只需外加热的1/10～1/100的时间即可完成；受热体系温度均匀，无滞后效应，热效率高。（2）除了微波效应以外，还有电磁场对反应物分子间行为的直接作用，改变了反应的动力学，降低了反应的活化能。（3）同时，微波对化学反应体系不产生污染，微波化学技术属于清洁技术。第二节物质对微波的吸收原子光谱是线状的，它由原子的电子能级跃迁而产生，不同元素的原子有不同的特征沿线，原子光谱一般在可见紫外区，而不是微波区。分子的运动包括分子平动、转动、核的振动及电子的运动。分子的总能量E总

6、可表示为式中的四项分别代表电子能、振动能、转动能和平动能，除平动能之外，前三项都是量子化的，叫分子的内部运动能。分子能态的跃迁会吸收或发射一定的能量，表现为一定频率。光子的吸收或发射，它们之间的关系是大家熟知的玻尔频率条件这里的ν亦称波数。一般来说分子的电子光谱波长约为lµm~-20nm，即可见和紫外区；振动光谱波长为50-lµm，位于红外区。如果单纯地转动能发生改变(在同一电子态，同一振动态)，则产生转动光谱，其波长为10cm-50µm，见图4－7。微波的波长在0.1cm～100cm之间，因而只能激发分子的转动能级跃迁，微波谱比远红外谱更易于得到单色波束，因而微波谱的分辨能力较

7、高，不过微波谱主要是研究气态分子。根据量子化学理论，只有当分子的电子态ψe的永久电偶极距(permanentelectricdipole)不为零时，才有转动能级的跃迁。第三节微波对化学反应的影响早在1967年，N．H．Williams就报道了用微波加快某些化学反应的实验研究结果。而微波在化学合成中的应用则至少可以上溯到1981年，但当时人们似乎还没有意识到在化学领域内正在孕育着一场革命。直到1986年加拿大的Raymond．Giguere等人发现用微波辐射4—氰基苯氧离子与氰苄的