微波加快化學(xué)反應(yīng)中非熱效應(yīng)研究的新進(jìn)展

侯林

摘 要：微波的頻繁使用使得微波加快化學(xué)反應(yīng)之后出現(xiàn)了很多的特殊反應(yīng)。尤其是非熱效應(yīng)逐漸成為了人們爭論探討的重心。該文主要針對(duì)微波加快化學(xué)反應(yīng)中非熱效應(yīng)進(jìn)行研究，并對(duì)其全新的進(jìn)展進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：微波 化學(xué)反應(yīng) 非熱效應(yīng) 進(jìn)展 分析

中圖分類號(hào)：O644 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（c）-0153-02

微波自身特殊的選擇性加熱方式使得人們逐漸地將微波運(yùn)用在了加快化學(xué)反應(yīng)和提高化學(xué)反應(yīng)的速率上。通過不斷的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)微波的確是可以提高化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，而且還可以保證在一些自然條件下不容易出現(xiàn)的反映及時(shí)地進(jìn)行?，F(xiàn)階段微波已經(jīng)逐漸延伸到了無機(jī)到有機(jī)反應(yīng)，醫(yī)學(xué)化工、食品化工等等多個(gè)化學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們在運(yùn)用微波加快化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候，研究人員發(fā)現(xiàn)了很多區(qū)別于傳統(tǒng)加熱的特殊效應(yīng)。在這些特殊的效應(yīng)中，還有一部分的效應(yīng)是可以通過微波的快速加熱來進(jìn)行解釋的，比如熱失控現(xiàn)象。還有一些是不能用快速加熱和特殊溫度分布來解釋的現(xiàn)象，這一類現(xiàn)象就是人們常說的非熱效應(yīng)。

1 微波化學(xué)非熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法研究中存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化程度低

從實(shí)驗(yàn)設(shè)備來說，運(yùn)用非連續(xù)波的商用微波爐作為微波源的話，其頻譜的隨機(jī)變化是比較大的，而固態(tài)的微波源要比非連續(xù)波的商用微波爐頻譜穩(wěn)定很多。如果說電磁環(huán)境和實(shí)驗(yàn)設(shè)備在一個(gè)沒有規(guī)范的狀態(tài)下進(jìn)行的話，就很有可能導(dǎo)致此次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果出現(xiàn)不可重復(fù)性。在使用微波源的時(shí)候，還要保證電磁場的時(shí)間、空間分布在參數(shù)上是一致的。其實(shí)在微波場中，對(duì)溫度進(jìn)行測量也是一件非常復(fù)雜繁瑣的事情。因?yàn)樵陔姶艌鲋校话闱闆r下是不會(huì)采用熱電偶的，因?yàn)闊犭娕荚陔姶艌鲋袝?huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。再加上在熱電偶附近，電磁場比較高。這樣的話就會(huì)對(duì)測量的精準(zhǔn)度造成很大的影響。因此，如果說一定要使用熱電偶的話，還要對(duì)其進(jìn)行屏蔽處理。如果說只是采用紅外測溫的話，只能測量到反應(yīng)物表面的溫度，因此在微波場中，最好還是采用光纖維溫度計(jì)，因?yàn)楣饫w維溫度計(jì)的穩(wěn)定性和精度都是非常高的，而且對(duì)微波場是不會(huì)造成什么影響的，但是有一點(diǎn)需要注意，光纖維溫度計(jì)的傳感器比較大。所以說其測量的技術(shù)和精度還是比較難測得局部溫升和熱點(diǎn)，這也是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏可信度的一個(gè)主要的方面。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性和邏輯性問題

實(shí)驗(yàn)方法結(jié)構(gòu)的合理性和邏輯性也是化學(xué)反應(yīng)成功的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，非熱效應(yīng)試驗(yàn)研究的方法主要有效應(yīng)差異比較法和特征法兩種，此次以相同初末溫度比較法為例。作用效果1為微波加熱，作用效果2為傳統(tǒng)加熱。（如圖1）

這也是一種較為常見的非熱效應(yīng)方法。研究人員通過微波加熱和傳統(tǒng)加熱這兩種方法從相同的初始溫度直接加熱到末溫，從而得到不同的效果，然后再通過得到的效果來判斷是否存在非熱效應(yīng)。當(dāng)然這種說法也并不是絕對(duì)的。還有一些實(shí)驗(yàn)做到了不但初始溫度和末溫相同，而且升溫的速率也是一致的。但是這樣的一種升溫速率，即便保持了一致，也很難保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。

2 微波對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)自組織行為的影響

2.1 反對(duì)非熱效應(yīng)的觀點(diǎn)

一般在沒有外加電磁場的情況下，反應(yīng)物分子碰撞的方向性將會(huì)維持在一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)的各向同性上，而在有外加電磁場存在的時(shí)候，大部分的極性分子在取向的作用下也會(huì)趨于與電磁場一致的方向。此時(shí)電磁場就會(huì)導(dǎo)致碰撞方向出現(xiàn)偏差。但是需要注意的是，熱運(yùn)動(dòng)又會(huì)使電場趨于各向同性。也就是說在一般情況下，熱運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)讓微博輻射下的反應(yīng)物始終保持碰撞的隨機(jī)性上，電場如果太弱的話就不會(huì)引起自組織行為。并且在微波加快化學(xué)反應(yīng)中也會(huì)隨著高溫的出現(xiàn)而出現(xiàn)。也就是說，當(dāng)電磁場越強(qiáng)的時(shí)候，那么其溫度也就會(huì)越高。

2.2 同意非熱效應(yīng)的觀點(diǎn)

其實(shí)遠(yuǎn)離平衡的開放物理化學(xué)體系也是具備其自組織過程能力的。這樣的一種體系的工作原理主要是通過與外界交換物質(zhì)和能力，從原有的混亂無序狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)移到一種時(shí)間、空間都有序的狀態(tài)下。一般時(shí)候只是作為噪聲或者是干擾的弱點(diǎn)磁場，現(xiàn)階段非線性系統(tǒng)被人們觀察到的隨機(jī)共振現(xiàn)象就屬于一個(gè)非常典型的例子。

3 結(jié)語

此次研究與弱電磁場對(duì)生物體的非熱效應(yīng)研究有所不同。不同點(diǎn)就在于微波加快化學(xué)反應(yīng)中的微波功率是比較高的。而相同往往也會(huì)隨著微波反應(yīng)，其溫度也會(huì)隨著升高。所以說如果想要真正的對(duì)效應(yīng)進(jìn)行區(qū)別還是非常困難的，因?yàn)椴⒉荒芊直娉鲂?yīng)是由溫度升高引起的還是其他別的原因引起的。

此外，微波加快化學(xué)反應(yīng)中的非熱效應(yīng)這一觀點(diǎn)也是缺乏理論基礎(chǔ)的，所以要對(duì)微波與化學(xué)反應(yīng)的相互作用進(jìn)行深入探討和分析，尤其要深入研究一下電磁場與非平衡系統(tǒng)的相互作用。再有，實(shí)驗(yàn)方案還存在很多的漏洞，實(shí)驗(yàn)方案不成熟，還需要研究人員進(jìn)行全方位的考慮。

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