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

王睿博

摘 要：微波技術(shù)是材料化學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛且有效的科學(xué)技術(shù)之一，能夠有效提高各種材料的質(zhì)量，促進(jìn)化工產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，同時(shí)還在人們生活中得到了應(yīng)用，提高了人們的生活質(zhì)量，加快了我國(guó)社會(huì)發(fā)展速度，所以深入了解微波技術(shù)是非常必要和重要的。對(duì)此，本文作者根據(jù)自己微波技術(shù)及材料化學(xué)的了解，探討了微波技術(shù)在材料化學(xué)中的原理及其應(yīng)用進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù)；材料化學(xué)；原理；應(yīng)用進(jìn)展

隨著經(jīng)濟(jì)水平及科學(xué)技術(shù)水平的提高，很多先進(jìn)的高科技技術(shù)被應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)及人們的生活中，而微波技術(shù)作為現(xiàn)時(shí)代較為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，也同樣在該形勢(shì)影響下被應(yīng)用到了人們生產(chǎn)及生活的方方面面，在很大程度上方便了人們的生活，提高了人們的生活質(zhì)量，足以見(jiàn)得微波技術(shù)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)及發(fā)展的重要性。很多資料顯示，微波技術(shù)在材料化學(xué)中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了不可代替的推動(dòng)作用，所以下文先簡(jiǎn)單概述了微波技術(shù)作用（包括加熱作用和非熱效益），然后在此基礎(chǔ)上分析了微波技術(shù)反應(yīng)裝置及其在材料化學(xué)中的應(yīng)用。

1 微波技術(shù)作用的簡(jiǎn)單概述

1.1 微波技術(shù)的加熱效果

首先，微波技術(shù)中因?yàn)槠渲须姶艌?chǎng)的存在，粒子受到電磁場(chǎng)的作用，在高速中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度每秒可以達(dá)到數(shù)億次甚至數(shù)十億次，這樣快速運(yùn)動(dòng)會(huì)使材料內(nèi)部發(fā)生能量的轉(zhuǎn)變，多個(gè)粒子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致材料本身發(fā)熱。其次，材料單位體積內(nèi)吸收的微波與材料本身的體積成正比，受材料本身和單位體積的影響，物質(zhì)材料本身的物理性質(zhì)對(duì)微波的吸收程度影響較大，因?yàn)槲镔|(zhì)本身具有一定的比熱容性質(zhì)，吸收微波后，在微波的作用下，會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)本身內(nèi)部粒子運(yùn)動(dòng)速率的加快，從物理角度來(lái)講，物質(zhì)內(nèi)部分子的運(yùn)動(dòng)速度越快，在單位體積內(nèi)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為熱能，從而造成物質(zhì)材料的加熱效果，這也是微波技術(shù)在物質(zhì)加熱方面的原理[1]。

1.2 微波技術(shù)的非熱效益

物質(zhì)吸收微波后，物質(zhì)基礎(chǔ)內(nèi)部的分子轉(zhuǎn)動(dòng)速度加快，在單位體積內(nèi)，分子之間碰撞的幾率也會(huì)大大增強(qiáng)，這就在一定程度上導(dǎo)致了物質(zhì)結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定性，熱能是分子碰撞產(chǎn)生能量的一種表現(xiàn)形式。當(dāng)物質(zhì)吸收微波后，分子的快速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量大于物質(zhì)本身化學(xué)反應(yīng)的活化能時(shí)，那么在該環(huán)境下，物質(zhì)中的化學(xué)性質(zhì)也會(huì)大大增強(qiáng)，具體表現(xiàn)為化學(xué)反應(yīng)速率加快，同一反應(yīng)的時(shí)間縮短等，這也是受到了微波的影響。

2 微波反應(yīng)裝置

現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室中很多都會(huì)配置微波裝置，因?yàn)槲⒉夹g(shù)對(duì)現(xiàn)代化學(xué)反應(yīng)的影響與其它條件相比有較好的優(yōu)越性，而且根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要，微波技術(shù)可以應(yīng)用于多種不同的化學(xué)反應(yīng)。而且微波化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中較科學(xué)的一種，可以在可視化的屏幕下監(jiān)視反應(yīng)的情況，實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性，但是因?yàn)槲⒉夹g(shù)對(duì)物質(zhì)分子的影響程度較大，實(shí)時(shí)測(cè)溫效果可能達(dá)不到理想的連續(xù)檢測(cè)效果?，F(xiàn)代隨著微波技術(shù)的大量應(yīng)用，很多簡(jiǎn)易的科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)實(shí)時(shí)條件，利用家用微波爐等微波裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。

3 微波技術(shù)在材料化學(xué)中的應(yīng)用

3.1 在有機(jī)合成中的應(yīng)用

在常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)中，微波技術(shù)一般應(yīng)用于化合物的合成，這其中利用微波技術(shù)中的改變分子的運(yùn)動(dòng)速率，在同等條件下，相同的物質(zhì)合成，微波技術(shù)所需要的時(shí)間會(huì)大大縮短，最終獲得的目標(biāo)產(chǎn)物的收率會(huì)有良好的提升，而且在反應(yīng)過(guò)程中所需要的其他參與反應(yīng)的耗量也會(huì)減少。如利用微波法制備N-芳基含氮化合物，如果存在醋酸銅，用聚苯乙烯-二醇做為載體，用苯基硼酸做為芳基試劑，進(jìn)行N-芳基雜環(huán)化合物的制備，微波作用5秒后即可收到較高的收率，產(chǎn)品的純度也較高，比常規(guī)外加熱法的用時(shí)更短，收率更高[2]。

3.2 在高分子材料中的應(yīng)用

在有機(jī)高分子中，微波技術(shù)的應(yīng)用也很廣泛，因?yàn)槲镔|(zhì)吸收微波后導(dǎo)致著物質(zhì)本身內(nèi)部的分子活動(dòng)性加強(qiáng)，在高分子材料合成或者分解都可以大大提高一般化學(xué)反應(yīng)的效率，而且相對(duì)而言傳統(tǒng)的高分子材料合成中，需要熱能高于活化能才能使舊鍵斷裂，在催化劑的催化作用下，合成目標(biāo)產(chǎn)物，這其中會(huì)造成很大的能量流失，而且整個(gè)反應(yīng)穩(wěn)定性較差，運(yùn)用微波技術(shù)則會(huì)大大改善這一弊端。

3.3 在無(wú)機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在無(wú)機(jī)化學(xué)中，微波技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛，以金屬回收為例，三氧化二鋁的化學(xué)穩(wěn)定性較好，可作為單質(zhì)金屬的保護(hù)層，但對(duì)于鋁金屬的回收一般采用電解法來(lái)進(jìn)行分離，這種方法對(duì)環(huán)境有一定的危害性，而且需要消耗大量的電能，而利用微波技術(shù)則可以通過(guò)對(duì)三氧化二鋁進(jìn)行微波加熱，破壞原有的分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而達(dá)到回收金屬單質(zhì)的目的。微波技術(shù)還能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組，增強(qiáng)物質(zhì)穩(wěn)定性方面也有很好的作用，如鍍層等。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，微波化學(xué)是一門交叉學(xué)科，具有很強(qiáng)的綜合性，微波技術(shù)就是在微波化學(xué)的基礎(chǔ)上研發(fā)而來(lái)，因此能夠應(yīng)用于材料化學(xué)中，但是由于其應(yīng)用及研究較晚，存在著許多需要進(jìn)一步研究的方面如非熱效應(yīng)，此外微波化學(xué)的試驗(yàn)研究手段也要進(jìn)一步深入研究，所以上文對(duì)材料化學(xué)中微波技術(shù)的應(yīng)用原理及發(fā)展進(jìn)行分析顯得非常重要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王冠.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[J].西部皮革，2018（04）：65.

[2]謝文彬.微波技術(shù)原理及其發(fā)展與應(yīng)用[J].科技資訊，2017（36）：207+209.