微波加快化学反应中非热效应研究的新进展

侯林

摘 要：微波的频繁使用使得微波加快化学反应之后出现了很多的特殊反应。尤其是非热效应逐渐成为了人们争论探讨的重心。该文主要针对微波加快化学反应中非热效应进行研究，并对其全新的进展进行探析。

关键词：微波 化学反应 非热效应 进展 分析

中图分类号：O644 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（c）-0153-02

微波自身特殊的选择性加热方式使得人们逐渐地将微波运用在了加快化学反应和提高化学反应的速率上。通过不断的实验验证，发现微波的确是可以提高化学反应的反应速率，而且还可以保证在一些自然条件下不容易出现的反映及时地进行。现阶段微波已经逐渐延伸到了无机到有机反应，医学化工、食品化工等等多个化学领域当中。随着科学技术的不断发展，人们在运用微波加快化学反应的时候，研究人员发现了很多区别于传统加热的特殊效应。在这些特殊的效应中，还有一部分的效应是可以通过微波的快速加热来进行解释的，比如热失控现象。还有一些是不能用快速加热和特殊温度分布来解释的现象，这一类现象就是人们常说的非热效应。

1 微波化学非热效应实验方法研究中存在的问题

1.1 实验条件及实验设备规范化、标准化程度低

从实验设备来说，运用非连续波的商用微波炉作为微波源的话，其频谱的随机变化是比较大的，而固态的微波源要比非连续波的商用微波炉频谱稳定很多。如果说电磁环境和实验设备在一个没有规范的状态下进行的话，就很有可能导致此次实验的结果出现不可重复性。在使用微波源的时候，还要保证电磁场的时间、空间分布在参数上是一致的。其实在微波场中，对温度进行测量也是一件非常复杂繁琐的事情。因为在电磁场中，一般情况下是不会采用热电偶的，因为热电偶在电磁场中会产生感应电流。再加上在热电偶附近，电磁场比较高。这样的话就会对测量的精准度造成很大的影响。因此，如果说一定要使用热电偶的话，还要对其进行屏蔽处理。如果说只是采用红外测温的话，只能测量到反应物表面的温度，因此在微波场中，最好还是采用光纤维温度计，因为光纤维温度计的稳定性和精度都是非常高的，而且对微波场是不会造成什么影响的，但是有一点需要注意，光纤维温度计的传感器比较大。所以说其测量的技术和精度还是比较难测得局部温升和热点，这也是当前实验结果缺乏可信度的一个主要的方面。

1.2 实验设计的合理性和逻辑性问题

实验方法结构的合理性和逻辑性也是化学反应成功的关键。现阶段，非热效应试验研究的方法主要有效应差异比较法和特征法两种，此次以相同初末温度比较法为例。作用效果1为微波加热，作用效果2为传统加热。（如图1）

这也是一种较为常见的非热效应方法。研究人员通过微波加热和传统加热这两种方法从相同的初始温度直接加热到末温，从而得到不同的效果，然后再通过得到的效果来判断是否存在非热效应。当然这种说法也并不是绝对的。还有一些实验做到了不但初始温度和末温相同，而且升温的速率也是一致的。但是这样的一种升温速率，即便保持了一致，也很难保证整个实验结果的一致性。

2 微波对反应系统自组织行为的影响

2.1 反对非热效应的观点

一般在没有外加电磁场的情况下，反应物分子碰撞的方向性将会维持在一个统计学的各向同性上，而在有外加电磁场存在的时候，大部分的极性分子在取向的作用下也会趋于与电磁场一致的方向。此时电磁场就会导致碰撞方向出现偏差。但是需要注意的是，热运动又会使电场趋于各向同性。也就是说在一般情况下，热运动的出现会让微博辐射下的反应物始终保持碰撞的随机性上，电场如果太弱的话就不会引起自组织行为。并且在微波加快化学反应中也会随着高温的出现而出现。也就是说，当电磁场越强的时候，那么其温度也就会越高。

2.2 同意非热效应的观点

其实远离平衡的开放物理化学体系也是具备其自组织过程能力的。这样的一种体系的工作原理主要是通过与外界交换物质和能力，从原有的混乱无序状态逐渐转移到一种时间、空间都有序的状态下。一般时候只是作为噪声或者是干扰的弱点磁场，现阶段非线性系统被人们观察到的随机共振现象就属于一个非常典型的例子。

3 结语

此次研究与弱电磁场对生物体的非热效应研究有所不同。不同点就在于微波加快化学反应中的微波功率是比较高的。而相同往往也会随着微波反应，其温度也会随着升高。所以说如果想要真正的对效应进行区别还是非常困难的，因为并不能分辨出效应是由温度升高引起的还是其他别的原因引起的。

此外，微波加快化学反应中的非热效应这一观点也是缺乏理论基础的，所以要对微波与化学反应的相互作用进行深入探讨和分析，尤其要深入研究一下电磁场与非平衡系统的相互作用。再有，实验方案还存在很多的漏洞，实验方案不成熟，还需要研究人员进行全方位的考虑。

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