微波合成法課件

蘭州大學(xué)物理學(xué)院,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),蘭州大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,LOGO,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),微波加熱合成,微波加熱合成,匯報(bào)提綱,微波加熱原理,1,2,3,微波加熱優(yōu)缺點(diǎn),微波加熱的應(yīng)用,微波,微波加熱合成,微波,是一種頻率為,300MHZ300GHZ,的電磁波，沿直線傳播,，,遇到,金屬材料,時(shí)能反射，遇到玻璃、塑料、陶瓷等,絕緣材料,可以穿透，在遇到含有,水分,的蛋白質(zhì)、脂肪等介質(zhì)可被吸收，并將微波的,電磁能量變?yōu)闊崮?微波的頻段雖然很寬，但是真正用于微波加熱的頻段卻很窄，主要原因是防止對(duì)微波通訊造成干擾國(guó)際上，家用微波爐有915MHz和2450MHz兩個(gè)頻率,，,2450MHz,用于家庭烹調(diào)炊具,，,915MHz,用于干燥、消毒等工業(yè),、,醫(yī)療行業(yè)等微波的特性,微波加熱合成,選擇性加熱,物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其,介質(zhì)損耗因數(shù),來決定介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。

物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同水分子,屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對(duì)較小，其對(duì)微波的吸收能力比水小得多因此，對(duì)于食品來說，含水量的多少對(duì)微波加熱效果影響很大微波的特性,微波加熱合成,穿透性,微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此具有更好的穿透性微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，物料內(nèi)外加熱均勻一致微波的特性,微波加熱合成,熱慣性小,微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，能耗也很低另一方面，微波的輸出功率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要微波的生物效應(yīng)機(jī)制,當(dāng)微波作用于生物體時(shí)，在生物控制系統(tǒng)的作用和調(diào)節(jié)下，生物體必然要建立新的平衡狀態(tài)以適應(yīng)外界電磁環(huán)境條件的變化，因此產(chǎn)生某些生物效應(yīng),，可應(yīng)用于,微波診斷、微波治療、微波解凍、微波解毒和微波殺菌等微波爐,微波加熱合成,1946 年，Raytheon公司,的,Percy Spencer在一個(gè)啟動(dòng)的雷達(dá)設(shè)備上工作時(shí)，突然發(fā)覺自己放在口袋里的巧克力融化了。

經(jīng),過,思索和研究，,他,發(fā)現(xiàn)巧克力是被微波所溶化事實(shí)證明，微波幅射能引起食物內(nèi)部的分子振動(dòng)，從而產(chǎn)生熱量1947 年，第一臺(tái)微波爐問世但大家用微波來煮飯燒菜還是最近,十,幾年的事微波很有“個(gè)性”：碰到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒有辦法吸收或傳導(dǎo)它；可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但不會(huì)消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透過，其能量反而會(huì)被吸收微波爐正是利用微波的這些特性制作的微波爐,微波加熱合成,微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內(nèi)逃出，以免影響人們的身體健康裝食物的容器則用絕緣材料制成微波爐的心臟是,磁控管,這個(gè)叫磁控管的電子管是個(gè),微波發(fā)生器,，它能產(chǎn)生每秒鐘振動(dòng)頻率為,2,4.5 億次,的微波這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達(dá),5cm 深,，并使食物中的水分子也隨之運(yùn)動(dòng)，劇烈的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物“煮”熟了磁控管,微波加熱合成,磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件實(shí)質(zhì)上是一個(gè)置于恒定磁場(chǎng)中的二極管管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場(chǎng)和恒定電場(chǎng)的控制下，與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，把從恒定電場(chǎng)中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達(dá)到產(chǎn)生微波能的目的磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。

管芯的結(jié)構(gòu)包括陽極、陰極、能量輸出器和磁路系統(tǒng)等四部分微波爐加熱原理,微波加熱合成,直流電源提供微波發(fā)生器的磁控管所,需的直流功率，微波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)交,替變化的電場(chǎng)，作用在處于微波加熱器,內(nèi)的被加熱物體上，被加熱物體內(nèi)的極,性分子因此隨外電場(chǎng)變化而擺動(dòng)，又因,為分子本身的熱運(yùn)動(dòng)和相鄰分子之間的,相互作用，使分子隨電場(chǎng)變化而擺動(dòng)的,規(guī)則受到了阻礙和干擾，從而產(chǎn)生了類,似于摩擦的效應(yīng)，使一部分能量轉(zhuǎn)化為,分子雜亂運(yùn)動(dòng)的能量，使分子運(yùn)動(dòng)加劇，,從而被加熱物質(zhì)溫度迅速升高微波加熱特點(diǎn),微波加熱合成,與傳統(tǒng)加熱方法不同，在微波加熱過程中，熱從材料內(nèi),部產(chǎn)生而不是從外部熱源吸收所以被加熱物質(zhì)的溫度梯,度和熱流與傳統(tǒng)加熱方法中的相反，因此，被加熱物體不,受大小及形狀的限制，大小工件都能被加熱微波加熱特點(diǎn),微波加熱合成,實(shí)驗(yàn)表明極性分子溶劑吸收微波能而被快速加熱,，,非極性分子溶劑幾乎不吸收微波能，升溫很小水、,醇類、羧酸類等極性溶劑都在微波作用下被迅速加,熱,，,有些已達(dá)到沸騰,，,而非極性溶劑幾乎不升溫微波加熱大體上可認(rèn)為是介電加熱效應(yīng)微波加熱特點(diǎn),微波加熱合成,微波加熱特點(diǎn),微波加熱合成,影響微波加熱效果的因素,首先是微波加熱裝置的,輸出功率,和,耦合功率,，其次是材料的,內(nèi)部本征狀態(tài),。

微波加熱所用的頻率一般被限定為915MHz和2450MHz，微波裝置的輸出功率一般為5005000W，單模腔體的微波能量比較集中，輸出功率在1000W左右，對(duì)多模腔的加熱裝置，微波能量在較大范圍內(nèi)均勻分布，因而則需要更高的功率在指定的加熱裝置上，材料的微波吸收能力與材料的,介電常數(shù)和介電損耗,有關(guān)，真空的介電常數(shù)為1，水的介電常數(shù)大約為80，而多數(shù)陶瓷材料的室溫介電損耗一般比較小，所以對(duì)無機(jī)陶瓷材料的加熱，一般采用比家用微波爐功率更大的微波源微波加熱特點(diǎn),微波加熱合成,材料的介電損耗越大越容易加熱，但是許多材料的介電損耗是隨溫度變化的，圖10-4是氧化鋁在微波加熱時(shí)的介電損耗率的變化情況，圖上反映出在600開始急速增加，在1800附近達(dá)到室溫時(shí)的100倍以上，這暗示著微波加熱有一定“,起動(dòng)溫度,”，達(dá)到這一溫度以上，材料對(duì)微波能的吸收迅速增加這也就是為什么許多在室溫和低溫下不能被微波加熱的材料，在高溫下顯著吸收微波而升溫的原因匯報(bào)提綱,微波加熱原理,1,2,3,微波加熱優(yōu)缺點(diǎn),微波加熱的應(yīng)用,微波加熱合成,微波加熱優(yōu)點(diǎn),微波加熱合成,1.,加熱迅速，均勻不需熱傳導(dǎo)過程，且具有自動(dòng)熱平穩(wěn)性能，避免過熱。

2.,加熱質(zhì)量高,營(yíng)養(yǎng)破壞少，能最大限度的保持食物的色、香，味，減少食物中維生素的破壞3.,熱慣性小,介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要微波加熱優(yōu)點(diǎn),微波加熱合成,4.,安全衛(wèi)生無污染,因?yàn)槲⒉苁强刂圃诮饘僦瞥傻募訜崾覂?nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波泄露被有效的抑制，沒有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染5.,節(jié)能高效由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱，沒有經(jīng)過其他中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此除少量的傳輸損耗外幾乎無其他損耗比一般常規(guī)加熱省電約30%50%微波加熱缺點(diǎn),微波加熱合成,微波干燥的優(yōu)點(diǎn)固然不可超越，但微波的缺點(diǎn)也確實(shí)給了生產(chǎn)商家和用戶一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)對(duì)于生產(chǎn)廠家，要嚴(yán)格控制好微波的磁場(chǎng)分布，以保證物料均勻加熱；設(shè)置溫控探頭，來防止加熱過程中出現(xiàn)“熱失控”；設(shè)置自動(dòng)控溫裝置，使物料溫度控制在所需溫度段之內(nèi)；另外，還要選用合適的設(shè)備材質(zhì)，使物料既不與微波腔體反應(yīng)，又不會(huì)擊穿腔體對(duì)于用戶，則需選用純凈的物料，防止微波加熱過程中出現(xiàn)物料與雜質(zhì)反應(yīng)，造成物料污染微波加熱優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比,微波加熱合成,匯報(bào)提綱,微波加熱原理,1,2,3,微波加熱優(yōu)缺點(diǎn),微波加熱的應(yīng)用,微波加熱合成,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,由于微波加熱技術(shù)具有許多常規(guī)加熱技術(shù)所不具備的優(yōu)點(diǎn),國(guó)外從,20,世紀(jì),60,年代起就將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于許多行業(yè),。

我國(guó)從,20,世紀(jì),70,年代開始研究并應(yīng)用微波加熱技術(shù),目前它已被廣泛應(yīng)用于紡織與印染、造紙與印刷、煙草、藥物和藥材、木材、皮革、陶瓷、煤炭、橡膠、化纖、化工產(chǎn)品、醫(yī)療等行業(yè),其應(yīng)用主要反映在微波加熱與解凍,微波改性,微波干燥,微波滅菌與殺蟲等方面,在,進(jìn)入,20,世紀(jì),90,年代以后,由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展,微波加熱技術(shù)也日趨成熟,微波加熱設(shè)備日漸精良,；,電力供應(yīng)得到了很大程度的改善,微波設(shè)備電子器件價(jià)格的下跌及能源比價(jià)的調(diào)整,使得微波加熱設(shè)備及微波加熱的直接成本有了大幅度的下降,；,全球環(huán)境的不斷惡化,使人們逐步認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的加熱方式不再環(huán)保,這些都為微波加熱的應(yīng)用和發(fā)展提供了良好的契機(jī)和廣闊的前景,微波加熱技術(shù)將以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在未來的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮非常重要的作用,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,NATURE REVIEWS DRUG DISCOVERY 5,(,2006,),51,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,Adv.Funct.Mater.13(2003)7,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,Adv.Mater.,20,(,2008,),34163421,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,Chem.Commun.,(,2009,),51185120,J.Mater.Chem.20,(,2010,),47814783,。