微波合成法课件

,兰州大学物理学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,兰州大学创新创业项目,LOGO,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,微波加热合成,微波加热合成,汇报提纲,微波加热原理,1,2,3,微波加热优缺点,微波加热的应用,微波,微波加热合成,微波,是一种频率为,300MHZ300GHZ,的电磁波，沿直线传播,，,遇到,金属材料,时能反射，遇到玻璃、塑料、陶瓷等,绝缘材料,可以穿透，在遇到含有,水分,的蛋白质、脂肪等介质可被吸收，并将微波的,电磁能量变为热能,。,微波的频段虽然很宽，但是真正用于微波加热的频段却很窄，主要原因是防止对微波通讯造成干扰。国际上，家用微波炉有915MHz和2450MHz两个频率,，,2450MHz,用于家庭烹调炊具,，,915MHz,用于干燥、消毒等工业,、,医疗行业等。,微波的特性,微波加热合成,选择性加热,物质吸收微波的能力，主要由其,介质损耗因数,来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。,水分子,属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。,微波的特性,微波加热合成,穿透性,微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。,微波的特性,微波加热合成,热惯性小,微波对介质材料是瞬时加热升温，能耗也很低。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。,微波的生物效应机制,当微波作用于生物体时，在生物控制系统的作用和调节下，生物体必然要建立新的平衡状态以适应外界电磁环境条件的变化，因此产生某些生物效应,，可应用于,微波诊断、微波治疗、微波解冻、微波解毒和微波杀菌等。,微波炉,微波加热合成,1946 年，Raytheon公司,的,Percy Spencer在一个启动的雷达设备上工作时，突然发觉自己放在口袋里的巧克力融化了。经,过,思索和研究，,他,发现巧克力是被微波所溶化。事实证明，微波幅射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。,1947 年，第一台微波炉问世。但大家用微波来煮饭烧菜还是最近,十,几年的事。,微波很有“个性”：碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。微波炉正是利用微波的这些特性制作的。,微波炉,微波加热合成,微波炉的外壳用不锈钢等金属材料制成，可以阻挡微波从炉内逃出，以免影响人们的身体健康。装食物的容器则用绝缘材料制成。微波炉的心脏是,磁控管,。这个叫磁控管的电子管是个,微波发生器,，它能产生每秒钟振动频率为,2,4.5 亿次,的微波。这种肉眼看不见的微波，能穿透食物达,5cm 深,，并使食物中的水分子也随之运动，剧烈的运动产生了大量的热能，于是食物“煮”熟了。,磁控管,微波加热合成,磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微波能的目的。,磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。管芯的结构包括阳极、阴极、能量输出器和磁路系统等四部分。,微波炉加热原理,微波加热合成,直流电源提供微波发生器的磁控管所,需的直流功率，微波发生器产生一个交,替变化的电场，作用在处于微波加热器,内的被加热物体上，被加热物体内的极,性分子因此随外电场变化而摆动，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,规则受到了阻碍和干扰，从而产生了类,似于摩擦的效应，使一部分能量转化为,分子杂乱运动的能量，使分子运动加剧，,从而被加热物质温度迅速升高。,微波加热特点,微波加热合成,与传统加热方法不同，在微波加热过程中，热从材料内,部产生而不是从外部热源吸收。所以被加热物质的温度梯,度和热流与传统加热方法中的相反，因此，被加热物体不,受大小及形状的限制，大小工件都能被加热。,微波加热特点,微波加热合成,实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热,，,非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。水、,醇类、羧酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅速加,热,，,有些已达到沸腾,，,而非极性溶剂几乎不升温。,微波加热大体上可认为是介电加热效应。,微波加热特点,微波加热合成,微波加热特点,微波加热合成,影响微波加热效果的因素,首先是微波加热装置的,输出功率,和,耦合功率,，其次是材料的,内部本征状态,。,微波加热所用的频率一般被限定为915MHz和2450MHz，微波装置的输出功率一般为5005000W，单模腔体的微波能量比较集中，输出功率在1000W左右，对多模腔的加热装置，微波能量在较大范围内均匀分布，因而则需要更高的功率。,在指定的加热装置上，材料的微波吸收能力与材料的,介电常数和介电损耗,有关，真空的介电常数为1，水的介电常数大约为80，而多数陶瓷材料的室温介电损耗一般比较小，所以对无机陶瓷材料的加热，一般采用比家用微波炉功率更大的微波源。,微波加热特点,微波加热合成,材料的介电损耗越大越容易加热，但是许多材料的介电损耗是随温度变化的，图10-4是氧化铝在微波加热时的介电损耗率的变化情况，图上反映出在600开始急速增加，在1800附近达到室温时的100倍以上，这暗示着微波加热有一定“,起动温度,”，达到这一温度以上，材料对微波能的吸收迅速增加。这也就是为什么许多在室温和低温下不能被微波加热的材料，在高温下显著吸收微波而升温的原因。,汇报提纲,微波加热原理,1,2,3,微波加热优缺点,微波加热的应用,微波加热合成,微波加热优点,微波加热合成,1.,加热迅速，均匀。不需热传导过程，且具有自动热平稳性能，避免过热。,2.,加热质量高,。,营养破坏少，能最大限度的保持食物的色、香，味，减少食物中维生素的破坏。,3.,热惯性小,。,介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。,微波加热优点,微波加热合成,4.,安全卫生无污染,。,因为微波能是控制在金属制成的加热室内和波导管中工作，所以微波泄露被有效的抑制，没有放射线危害及有害气体排放，不产生余热和粉尘污染。,5.,节能高效。由于含有水分的物质极易直接吸收微波而发热，没有经过其他中间转换环节，因此除少量的传输损耗外几乎无其他损耗。比一般常规加热省电约30%50%。,微波加热缺点,微波加热合成,微波干燥的优点固然不可超越，但微波的缺点也确实给了生产商家和用户一个严峻的考验。,对于生产厂家，要严格控制好微波的磁场分布，以保证物料均匀加热；设置温控探头，来防止加热过程中出现“热失控”；设置自动控温装置，使物料温度控制在所需温度段之内；另外，还要选用合适的设备材质，使物料既不与微波腔体反应，又不会击穿腔体。,对于用户，则需选用纯净的物料，防止微波加热过程中出现物料与杂质反应，造成物料污染。,微波加热优缺点对比,微波加热合成,汇报提纲,微波加热原理,1,2,3,微波加热优缺点,微波加热的应用,微波加热合成,微波加热应用,微波加热合成,由于微波加热技术具有许多常规加热技术所不具备的优点,国外从,20,世纪,60,年代起就将微波加热技术应用于许多行业,。,我国从,20,世纪,70,年代开始研究并应用微波加热技术,目前它已被广泛应用于纺织与印染、造纸与印刷、烟草、药物和药材、木材、皮革、陶瓷、煤炭、橡胶、化纤、化工产品、医疗等行业,。,其应用主要反映在微波加热与解冻,微波改性,微波干燥,微波灭菌与杀虫等方面,。,在,进入,20,世纪,90,年代以后,由于电子技术的飞速发展,微波加热技术也日趋成熟,微波加热设备日渐精良,；,电力供应得到了很大程度的改善,微波设备电子器件价格的下跌及能源比价的调整,使得微波加热设备及微波加热的直接成本有了大幅度的下降,；,全球环境的不断恶化,使人们逐步认识到传统的加热方式不再环保,。,这些都为微波加热的应用和发展提供了良好的契机和广阔的前景,。,微波加热技术将以其独特的优势在未来的生产和生活中发挥非常重要的作用,。,微波加热应用,微波加热合成,NATURE REVIEWS DRUG DISCOVERY 5,(,2006,),51,微波加热应用,微波加热合成,微波加热应用,微波加热合成,Adv.Funct.Mater.13(2003)7,微波加热应用,微波加热合成,Adv.Mater.,20,(,2008,),34163421,微波加热应用,微波加热合成,Chem.Commun.,(,2009,),51185120,J.Mater.Chem.20,(,2010,),47814783,