微波化学ppt课件

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1、微波化学ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望目录目录微波能介绍微波化学的发展历程2X-RaysUltravioletInfraredMicrowaves10-1010-910-810-710-610-510-410-310-210-113x10123x10103x1083x1063x1043x102Frequency(MHz)Laser RadiationWave Length(meters)Molecular rotationsMolecu

2、larvibrations Outer-shell(valence)electronsInner-shellelectrons RadiowavesVisible 一一.微微 波波 能能 介介 绍绍3 微波是频率大约在微波是频率大约在300 MHz 300 GHz。波长在波长在100 cm至至1 mm范围内的电磁波范围内的电磁波,位于红外辐射光谱和无线电波之间。位于红外辐射光谱和无线电波之间。常用微波频率：常用微波频率：2450 MHz 波长波长12.5 cm 4微波与物质的作用微波与物质的作用:Materials that are transparent to microwaves e.g.

3、sulphurMaterials that reflect microwavese.g.copperMaterials that absorb microwavese.g.water5微波与物质的作用微波与物质的作用:与微波化学有关的物质主要是与微波化学有关的物质主要是吸收微波的材料，吸收微波的材料，按照这些材按照这些材料被加热的机理料被加热的机理，它们又可被，它们又可被分为：分为：1.Dipolar polarisation2.Conduction mechanism3.Interfacial polarisation上述作用都可使物质的温上述作用都可使物质的温度快速升高度快速升高热效应热效

4、应6Dipolar Polarisation(Dipole interactions)偶极作用偶极作用微波能的电场增加时，微波能的电场增加时，电场使极性分子有一定电场使极性分子有一定取向，电场减弱时，重取向，电场减弱时，重新恢复热运动的无序状新恢复热运动的无序状态。每秒内分子的定向态。每秒内分子的定向和热无序状态变化和热无序状态变化4.9 4.9 x 10 x 109 9 次，因此加热非次，因此加热非常快。常快。7Conduction Mechanisms(Ionic conduction)离子传导离子传导在所加电磁场中在所加电磁场中,被被解离的离子的传导解离的离子的传导迁移。这种离子迁迁移。

5、这种离子迁移电流由于离子流移电流由于离子流电阻产生热。电阻产生热。8Interfacial Polarisation这可被看作是前述两种作用的结合这可被看作是前述两种作用的结合,对对于非导体材料中散布有导体材料的情况于非导体材料中散布有导体材料的情况（如硫中散布有金属颗粒的情况），（如硫中散布有金属颗粒的情况），这这一机理是主要的一机理是主要的：硫不吸收微波，但是金属粉末却是硫不吸收微波，但是金属粉末却是好的微波吸收体，通过类似于偶极极化好的微波吸收体，通过类似于偶极极化的机理而被加热。其环境（硫）则类似的机理而被加热。其环境（硫）则类似于极性分子的溶剂，通过一种相当于极于极性分子的溶剂，通过

6、一种相当于极性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运性溶剂中的粒子间作用力限制离子的运动。这些限制力在振荡场的作用下将使动。这些限制力在振荡场的作用下将使离子的离子的运动位相发生滞后运动位相发生滞后，进而导致离，进而导致离子的随机运动而使体系发热。子的随机运动而使体系发热。9微波加热作用的特点：微波加热作用的特点：在不同深度同时产生热，这种在不同深度同时产生热，这种“体加热作用体加热作用”，不仅使加热，不仅使加热更更快速快速，而且更，而且更均匀均匀，从而大，从而大大缩短了处理材料所需的时间，大缩短了处理材料所需的时间，节省了宝贵的能源，还可大大节省了宝贵的能源，还可大大改善加热的质量，保持食品的改善

7、加热的质量，保持食品的营养成分，防止材料中有用营养成分，防止材料中有用（有效）成分的流失等。（有效）成分的流失等。10微波化学是根据电磁场和电磁微波化学是根据电磁场和电磁波理论、电介质物理理论、凝波理论、电介质物理理论、凝聚态物理理论、等离子物理理聚态物理理论、等离子物理理论、物质结构理论和化学原理，论、物质结构理论和化学原理，利用现代微波技术来研究物质利用现代微波技术来研究物质在微波场作用下的物理和化学在微波场作用下的物理和化学行为的一门科学行为的一门科学,是一门新兴是一门新兴的交叉性学科。的交叉性学科。二二.微波化学的发展历程微波化学的发展历程历程11从历史上看，微波化学学科的产生从历史上

8、看，微波化学学科的产生源于微波等离子体化学的研究。源于微波等离子体化学的研究。最早在最早在1952年，年，Broida等人采用形等人采用形成微波等离子体的办法以发射光谱成微波等离子体的办法以发射光谱法测定了氢氘混合气体中氘同位法测定了氢氘混合气体中氘同位素的含量。素的含量。后来，他们又将这一技术用于氮的后来，他们又将这一技术用于氮的稳定同位素的分析，开创了微波等稳定同位素的分析，开创了微波等离子体原子发射光谱分析的新领域。离子体原子发射光谱分析的新领域。微波等离子体化学-1952年历程12微波等离子体用于合成化学则是微波等离子体用于合成化学则是60年代以后的事，其中最成功的年代以后的事，其中最

9、成功的实例包括：实例包括：金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料金刚石、多晶硅、氮化硼等超硬材料有机导电膜有机导电膜蓝色激光材料蓝色激光材料c-GaN单重激发态氧单重激发态氧O2的合成的合成高分子材料的表面修饰高分子材料的表面修饰微电子材料的加工等微电子材料的加工等 其中不少现已形成了产业。其中不少现已形成了产业。合成化学-上世纪60年代后历程131970年，年，Harwell使用微波装使用微波装置成功地处理了核废料。置成功地处理了核废料。核废料处理核废料处理历程14在化学中直接利用微波能的研在化学中直接利用微波能的研究也开始于分析化学。究也开始于分析化学。1974年，年，Hesek等利用微波炉进行

10、了样等利用微波炉进行了样品烘干。品烘干。样品烘干-1974年历程15微波消解有人用它作生物样品的微波消解有人用它作生物样品的微波消解并取得了很大成功。现在这一技并取得了很大成功。现在这一技术己经商品化并作为标准方法被术己经商品化并作为标准方法被广泛用于分析样品的预处理。广泛用于分析样品的预处理。历程16微彼技术用于有机合成化学始于微彼技术用于有机合成化学始于1986年，年，Gedye等首先发表了用微等首先发表了用微波炉来进行化学合成的波炉来进行化学合成的“烹饪实烹饪实验验”文章，以文章，以4-氯代苯基氧钠和氯代苯基氧钠和苄基氯反应来制备苄基氯反应来制备4-氯代苯基苄氯代苯基苄基醚。基醚。传统的

11、方法需耗时传统的方法需耗时12h，产率为，产率为65；而采用微波加热方法仅；而采用微波加热方法仅35s使使能得到相同产率的化合物，其反能得到相同产率的化合物，其反应速率可以快应速率可以快1000倍以上。倍以上。有机合成化学有机合成化学-1986-1986年年历程17这一在微波沪中进行的有机反这一在微波沪中进行的有机反应的成功，导致在其后的短短应的成功，导致在其后的短短四五年内，辐射化学领域中又四五年内，辐射化学领域中又增添了一门引人注日的全新课增添了一门引人注日的全新课题题MORE化学化学(Microwave-Induced Organic Reaction Enhancement Chemi

12、stry)。此后微波技术在。此后微波技术在有机化合物的几十类合成反应有机化合物的几十类合成反应中也都取得了很大成功中也都取得了很大成功。历程18微波技术在无机固相反应中的微波技术在无机固相反应中的应用是近年来迅速发展的一个应用是近年来迅速发展的一个新领域，现已广泛应用于新领域，现已广泛应用于陶瓷材料陶瓷材料(包括超导材科包括超导材科)的烧结的烧结固体快离子导体固体快离子导体超细纳米粉体材料超细纳米粉体材料沸石分子筛的合成等沸石分子筛的合成等无机固相反应无机固相反应-近年近年历程19在催化领域，由于在催化领域，由于Al2O3,SiO2等无等无机载体不吸收微波，微波可直接机载体不吸收微波，微波可直

13、接传送到负载于载体表面的催化剂传送到负载于载体表面的催化剂上并使吸附其上的羧基、水、有上并使吸附其上的羧基、水、有机物分子激话，从而加速化学反机物分子激话，从而加速化学反应的进行。应的进行。已研究过的催化反应有已研究过的催化反应有甲烷合成高级烃类甲烷合成高级烃类光合作用的模拟光合作用的模拟酸气污染物的去除等酸气污染物的去除等催化领域催化领域历程20在分析化学、提取化学方面，在分析化学、提取化学方面，用微波进行了样品溶解。用微波进行了样品溶解。在蛋白质水解方面，采用微波在蛋白质水解方面，采用微波技术建立了一种快速、高效的技术建立了一种快速、高效的新方法。新方法。在大环、超分子、高分子化学在大环、

14、超分子、高分子化学方面，开展了采用微波法制备方面，开展了采用微波法制备一些聚合物的研究工作。一些聚合物的研究工作。历程21此外，微波技术在采油、炼油、此外，微波技术在采油、炼油、冶金、环境污染物治理等方面冶金、环境污染物治理等方面也都取得了很多进展。也都取得了很多进展。可以看出，微波技术在化学中可以看出，微波技术在化学中的应用己几乎遍及化学学科的的应用己几乎遍及化学学科的每一个分支领域。每一个分支领域。微波化学实际上已成为化学学微波化学实际上已成为化学学科中一个十分活跃而富有创新科中一个十分活跃而富有创新成果的新兴分支学科。成果的新兴分支学科。历程22http:/ 微波化学加速度发展微波化学加速度发展:2.53.0万微波化学家万微波化学家/全球全球23M.Taylor,et al.Development in Microwave Chemistry,Evalueserve,2005专利专利:30多年总共多年总共94项授权专利项授权专利(分析分析68项项/最近最近20年年;合成合成48项项/最近最近6年年)24