试论微波技术在材料化学中的原理及其应用进展

王冠

(周口师范学院化学化工学院，河南周口466000)

引言

微波技术是关于微的波产生、放大、发射、接受、传输、控制、测量以及应用的技术。微波技术早在二十世纪七十年代中期就被广泛应用于材料化学中，经过几十年的研究至今，微波技术不仅能应用在化学样品分析处理，还能在农业、化工、生物制药以及物质提取等领域中被广泛关注和应用。在改变传统生产技术的同时，提高了研究的质量。

1　微波的加热作用原理

微波是一种电磁波，频率在300MHz以上，300000MHz以下，电波谱中在红外线和中波之间，在工业和科学研究的领域中，可以用到为微波频率一共有四个， (2450±13)MHz频率是最常用的，对于微波加热作用原理，和传统的加热相比，微波加热具有以下几方面特点:微波加热能够实现分子水平上的加热，而且微波加热的温度梯度较小，变化不大;微波加热能够对混合组成选择性加热，加热后没有滞后效果。微波加热在材料的介电位移和材料内部不同电荷的极化是微波加热的本质，这种极化产生的电流和电场导致材料内部经过不断摩擦发热，也就是内加热。

2　微波技术在材料化学中的应用

2.1　微波技术在有机合成上的应用

水解、氧化、聚合以及自由基反应是微波有机反应的主要表现，经过研究人员的实验表明，在100W功率下，温度在90摄氏度的时候，微波条件在平均22小时被缩短为35分钟，并且合成了二十种化合物，其中有八种化合物产率提高，有四种化合物保持不变，有八种化合物的产量会降低7%以上，36%以下，但是在微波技术的作用下，作物的纯度普遍提高，其中纯度提高最大可以达到42%。

微波技术在有机合成应用中，可以快速促进水解，可以利用家中被改良的微波炉，可以直接用未改良的微波炉，用浓度为98%的硫酸，将微波炉的火力控制在2档以上5档以下，四对甲苯磺酰化在微波技术的作用下编程全氮冠醚的时间只需要最低50秒，最高120秒，和传统的加热方法相比，时间缩短了3000倍-8000倍，98%硫酸的用量和传统的加热方法比用的也少了，但是收率却比传统手法高出很多［1］。

2.2　微波技术在高分子材料中的应用

高分子合成材料在进行工业加工的时候需要进行加热处理，但是高分子材料和混合物的粘度比较大，且导热性能较差，经常会出现局部加热后过热，而其他地方的温度达不到标准，从而影响产品的生产效率与生产质量，同时，反应器上被粘上的反应物很难清洗。这种情况下微波技术可以解决以上现象，研究人员对苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯进行研究，二者在高能量脉冲微波的照射下进行乳胶聚合，经过试验后证明脉冲微波可以提高乳液聚合的速度与转化能力，脉冲微波制成的聚合物玻璃化温度与聚合物组成，该方法与常规加热方法制成的产品没有明显差异，所以研究表明该技术对反应物的物理性质以及微观的结构影响不大。

微波技术下，甲基丙烯酸甲酯无乳化剂的乳液进行聚合，最终制成超细局甲基丙烯酸甲酯微球，该技术加快了物质的聚合反应，在微波技术的服装下过硫酸钾表观上分解活化能降低到106KJmol-1。

2.3　微波技术在无机化学中的应用

除了有机合成材料和高分子材料，微波技术也可以广泛应用于无机化学中，微波技术可以对过渡金属和P区金属氧化物进行研究，微波烧结技术的使用被广泛应有在工业生产生活中，氧化铝透明陶瓷制作过程中，原料是纯氧化铝粉末，在原料中添加适当的烧结助剂，将纯氧化铝粉末和烧结助剂放在2.45GHz、1.5kW单模微波炉里，升温的速度调到每分钟150摄氏度，在1700摄氏度的条件下进行烧结10分钟后就能得到Al2O3，且是呈现透明的，如果将烧结的时间延长，但是不超过三十分钟，可以制成的Al2O3透明度更高，如果添加适量透光元素后可以支撑透明彩色的Al2O3。

分子筛是一种良好的催化活性物质，试验人员和工业人员尝试着使用微波技术进行分子筛合成，用常压回流微波加热基础可以合成分子筛，且合成后得到的分子筛的晶粒尺寸被减小到100nm以下。如果在没有模板剂的情况下使用微波照射法制备AlPO4型分子筛，不同的铝源和不同的温度进行实验，不同的铝源可以得到Al-PO4-H1分子筛，不同的合成温度可以得到AlPO4-H2分子筛和Al-PO4-H3分子筛。

3　总结

随着工业化进程的推进，经过不断的研究与实验，微波技术作为一门新兴技术，在各行各业展现了它的优势，但是我国目前关于微波技术的应用与理论研究还不足，需要进行大量的实验与研究工作得以进一步证实，研究微波技术，将电磁波理论和等离子体物物理理论等化学原理与微波技术结合再一起，经过不断的研究，微波技术将会更深入的应用在生产与生活当中，从而提高生产效率，保证产品的质量。

参考文献:

［1］钱宝良.国外高功率微波技术的研究现状与发展趋势［J］.真空电子技术，2015(02):2-7+1.

［2］张先如，徐政.微波技术在材料化学中的原理及其应用进展［J］.辐射研究与辐射工艺学报，2005(04):196-200.