《微波辅助的无机》PPT课件

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1、§2-4微波辅助的无机纳米材料合成微波在电磁波谱中的位置微波通常是指波长为0.1mm–1000mm范围内的电磁波，其相应的频率范围是300MHz~3000GHz。微波位于红外辐射和无线电波之间，但其产生的原理、传输和应用的方式和后两者明显不同。在微波中，10~250mm波长范围用于雷达，其他的波长范围用于无线电通讯。国际无线电通讯协会(CCIP)规定：家用微波炉使用频率为2450MHz(波长122mm)，工业用加热微波炉的使用频率为915MHz(波长328mm)。微波辐射技术的发展:1986年Gedye等首次用于有机合成微波技术在化学中的应用日益广泛，并逐渐形

2、成了微波化学这一新的交叉性学科。微波作为一种能源，因其加热速度快、节能等特点而引起世界范围内极大的研究兴趣。1992年在荷兰召开首届国际微波学会议讨论微波化学的动力学原理微波在化学工业中的应用微波在生物化学中的应用经过20多年的发展微波技术已快速步入化工新材料超导材料的合成沸石分子筛的合成与离子交换稀土发光材料的制备分子筛上金属盐的高度分散型催化剂的制备分析样品的消解与熔解蛋白质水解有机合成聚合物合成纳米材料的制备其他高科技领域2.4.1微波加热和加速反应机理微波作为一种电磁波，与物质的相互作用和一般电磁波有共同之处，也可以发生反射、吸收等。而微波加热只是微波

3、与物质相互作用的一部分内容。这里主要讨论微波能被物质吸收的作用另一类是微波加热分类从作用机理上一类是吸收微波能引起分子内部能级变化，主要是转动能级变化另一些物质如CeO2、CaO、Fe2O3、La2O3、TiO2等几乎不吸收微波，升温幅度很小。实验表明极性溶剂吸收微波能被快速加热，如水、醇类、羧酸等；非极性溶剂几乎不吸收微波，升温很小。如正已烷，正庚烷和CCl4等；有些固体物质如Co2O3、NiO、CuO、Fe3O4、PbO2、V2O5、WO3、焦炭等能强烈吸收微波而被迅速加热升温；微波加热大体可认为是介电加热效应。在微波介电加热效应中，主要起作用的是偶极极化

4、和界面极化。描述材料介电性质的两个重要参数介电损耗介电常数描述分子被电场极化的能力，Or是样品阻止微波能通过能力的量度。是电磁辐射转变为热量的效率的量度。表示在给定频率和温度下，一种物质把电磁能转变成热能的能力。介电损耗和介电常数的比值定义为介电损耗正切(也称介电耗散因子)，即tan＝/因此，微波加热机制部分地取决于样品的介电耗散因子tan大小。微波加热的原理由于电荷分布不平衡的小分子迅速吸收电磁波而使极性分子产生25亿次/s以上的转动和碰撞，从而使极性分子随外电场变化而摆动并产生热效应；直流电源微波发生器磁控管产生交变电场作用在处

5、于微波场中的物体上此时：又因为分子本身的热运动和相邻分子之间的相互作用，使分子随电场变化而摆动的规律受到了阻碍，这样就产生了类似于摩擦的效应，使一部分能量转化为分子热能，造成分子的运动加剧，因此被加热物质的温度在很短的时间内得以迅速升高。分子的高速旋转和振动使分子处于亚稳态，这有利于分子进一步电离或处于反应的准备状态微波加热与传统加热方式的差别：微波加热：材料在电磁场中由介质损耗而引起的体加热，微波进入到物质内部，微波场与物质相互作用，使微波能转化为物质的热能，温度梯度是内高外低；传统的加热：热源通过热辐射、传导、对流的方式，把热量传递到被加热物质的表面，使其

6、表面温度升高，再依靠传导使热量由外向内传递，温度梯度是外高内低。物质总是处于微波场中，内部粒子的运动除遵循热力学定律外，还要受到电磁场的影响，温度越高，粒子活性越大，受电磁场影响越强烈。微波加热的显著特点：微波加速反应速率的基本原理：通过辐射反应体系中的溶剂分子和反应物分子使其吸收微波能，而分子则通过偶极作用以每秒数亿次的高速运动产生热效应，即加热是由分子自身高速运动引起的(为“内加热”)，因此，加热迅速。微波辐射进行的化学反应必须有极性溶剂或极性反应物存在才能提高反应速率。分子的高速旋转和振动使分子处于亚稳态，这有利于分子进一步电离或处于反应的准备状态此外，

7、反应容器的大小、是否密封及反应物的体积等对反应速率都有影响。总之，微波作用于反应物后，加速了分子运动速度，提高了分子的平均能量，即相对降低了反应的活化能，大大增大了分子的碰撞频率，从而使反应迅速完成。这就是微波提高化学反应速率的主要原因。按照物质与微波间的作用分类：物质导体多为金属，一般不能被加热，能反射微波，常用作微波炉的内腔材料，利用微波在腔内的多次反射，提高相关吸收效率。绝缘体可反射或使微波穿透，正常时吸收的微波功率极小，可忽略，如玻璃、陶瓷、云母、聚四氟乙烯、聚丙烯等，可用作家用微波炉的炊具、支架及窗口材料等。性能介于金属和绝缘体，金属氧化物是最重要的

8、一类。电介质性能类似于电介质，能反射、