陕西科技大学材料学院无机合成无机合成微波技术学习教案.ppt
上传人:王子****青蛙 上传时间:2024-09-12 格式:PPT 页数:66 大小:2.8MB 金币:10 举报 版权申诉
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会计学/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一块金属里流动而汇合成单一方向的电流。然而,对于(duìyú)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(liánxù)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。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(tóngshí)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(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(pígé)、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(cùjìn)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(wēndù)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(wùzhì)对微波的吸收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(guānxì)是大家熟知的玻尔频率条件/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高,不过微波谱主要是研究气态(qìtài)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。早在1967年,N.H.Williams就报道了用微波加快某些化学反应(huàxuéfǎnyìng)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SN2亲核取代反应可以使反应速率提高1240倍,并且产率也有不同程度的提高,人们才开始重视用微波加速和控制化学反应(huàxuéfǎnyìng)。现在微波已被广泛应用于从无机反应到有机反应,从医药化工(huàgōng)至食品化工(huàgōng),从简单的分子反应到复杂的生命过程的各个化学领域。例如,国外在用橄榄油制备肥皂的过程中已开始用微波来加速某些酯的皂化并取得了显著的效果。随着微波在化学各个分支领域内的广泛应用,建立在传统微波加热概念和使用家用微波炉上的微波化学受到严峻的挑战。首先人们在实验中发现微波不仅可以加快化学反应,在一定条件下也能抑制反应的进行。除此之外微波还可以改变反应的途径。微波对化学反应的作用除了对反应物加热引起反应速率改变以外,还具有电磁场对反应分子间行为的直接作用而引起的所谓“非热效应”。微波对反应的作用程度(chéngdù)除了与反应类型有关外,还与微波的强度、频率、调制方式及环境条件有关。此外,重要的是由于化学反应是一个非平衡系统,