試論微波技術在材料化學中的原理及其應用進展

王冠

(周口師范學院化學化工學院，河南周口466000)

引言

微波技術是關于微的波產生、放大、發(fā)射、接受、傳輸、控制、測量以及應用的技術。微波技術早在二十世紀七十年代中期就被廣泛應用于材料化學中，經過幾十年的研究至今，微波技術不僅能應用在化學樣品分析處理，還能在農業(yè)、化工、生物制藥以及物質提取等領域中被廣泛關注和應用。在改變傳統(tǒng)生產技術的同時，提高了研究的質量。

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)和科學研究的領域中，可以用到為微波頻率一共有四個， (2450±13)MHz頻率是最常用的，對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:微波加熱能夠實現分子水平上的加熱，而且微波加熱的溫度梯度較小，變化不大;微波加熱能夠對混合組成選擇性加熱，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部不同電荷的極化是微波加熱的本質，這種極化產生的電流和電場導致材料內部經過不斷摩擦發(fā)熱，也就是內加熱。

2　微波技術在材料化學中的應用

2.1　微波技術在有機合成上的應用

水解、氧化、聚合以及自由基反應是微波有機反應的主要表現，經過研究人員的實驗表明，在100W功率下，溫度在90攝氏度的時候，微波條件在平均22小時被縮短為35分鐘，并且合成了二十種化合物，其中有八種化合物產率提高，有四種化合物保持不變，有八種化合物的產量會降低7%以上，36%以下，但是在微波技術的作用下，作物的純度普遍提高，其中純度提高最大可以達到42%。

微波技術在有機合成應用中，可以快速促進水解，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，四對甲苯磺酰化在微波技術的作用下編程全氮冠醚的時間只需要最低50秒，最高120秒，和傳統(tǒng)的加熱方法相比，時間縮短了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　微波技術在高分子材料中的應用

高分子合成材料在進行工業(yè)加工的時候需要進行加熱處理，但是高分子材料和混合物的粘度比較大，且導熱性能較差，經常會出現局部加熱后過熱，而其他地方的溫度達不到標準，從而影響產品的生產效率與生產質量，同時，反應器上被粘上的反應物很難清洗。這種情況下微波技術可以解決以上現象，研究人員對苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯進行研究，二者在高能量脈沖微波的照射下進行乳膠聚合，經過試驗后證明脈沖微波可以提高乳液聚合的速度與轉化能力，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)加熱方法制成的產品沒有明顯差異，所以研究表明該技術對反應物的物理性質以及微觀的結構影響不大。

微波技術下，甲基丙烯酸甲酯無乳化劑的乳液進行聚合，最終制成超細局甲基丙烯酸甲酯微球，該技術加快了物質的聚合反應，在微波技術的服裝下過硫酸鉀表觀上分解活化能降低到106KJmol-1。

2.3　微波技術在無機化學中的應用

除了有機合成材料和高分子材料，微波技術也可以廣泛應用于無機化學中，微波技術可以對過渡金屬和P區(qū)金屬氧化物進行研究，微波燒結技術的使用被廣泛應有在工業(yè)生產生活中，氧化鋁透明陶瓷制作過程中，原料是純氧化鋁粉末，在原料中添加適當的燒結助劑，將純氧化鋁粉末和燒結助劑放在2.45GHz、1.5kW單模微波爐里，升溫的速度調到每分鐘150攝氏度，在1700攝氏度的條件下進行燒結10分鐘后就能得到Al2O3，且是呈現透明的，如果將燒結的時間延長，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，試驗人員和工業(yè)人員嘗試著使用微波技術進行分子篩合成，用常壓回流微波加熱基礎可以合成分子篩，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行實驗，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

隨著工業(yè)化進程的推進，經過不斷的研究與實驗，微波技術作為一門新興技術，在各行各業(yè)展現了它的優(yōu)勢，但是我國目前關于微波技術的應用與理論研究還不足，需要進行大量的實驗與研究工作得以進一步證實，研究微波技術，將電磁波理論和等離子體物物理理論等化學原理與微波技術結合再一起，經過不斷的研究，微波技術將會更深入的應用在生產與生活當中，從而提高生產效率，保證產品的質量。

參考文獻:

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

［2］張先如，徐政.微波技術在材料化學中的原理及其應用進展［J］.輻射研究與輻射工藝學報，2005(04):196-200.