微波加快化學反應中非熱效應研究的新進展

侯林

摘 要：微波的頻繁使用使得微波加快化學反應之后出現了很多的特殊反應。尤其是非熱效應逐漸成為了人們爭論探討的重心。該文主要針對微波加快化學反應中非熱效應進行研究，并對其全新的進展進行探析。

關鍵詞：微波 化學反應 非熱效應 進展 分析

中圖分類號：O644 文獻標識碼：A 文章編號：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用在了加快化學反應和提高化學反應的速率上。通過不斷的實驗驗證，發現微波的確是可以提高化學反應的反應速率，而且還可以保證在一些自然條件下不容易出現的反映及時地進行。現階段微波已經逐漸延伸到了無機到有機反應，醫學化工、食品化工等等多個化學領域當中。隨著科學技術的不斷發展，人們在運用微波加快化學反應的時候，研究人員發現了很多區別于傳統加熱的特殊效應。在這些特殊的效應中，還有一部分的效應是可以通過微波的快速加熱來進行解釋的，比如熱失控現象。還有一些是不能用快速加熱和特殊溫度分布來解釋的現象，這一類現象就是人們常說的非熱效應。

1 微波化學非熱效應實驗方法研究中存在的問題

1.1 實驗條件及實驗設備規范化、標準化程度低

從實驗設備來說，運用非連續波的商用微波爐作為微波源的話，其頻譜的隨機變化是比較大的，而固態的微波源要比非連續波的商用微波爐頻譜穩定很多。如果說電磁環境和實驗設備在一個沒有規范的狀態下進行的話，就很有可能導致此次實驗的結果出現不可重復性。在使用微波源的時候，還要保證電磁場的時間、空間分布在參數上是一致的。其實在微波場中，對溫度進行測量也是一件非常復雜繁瑣的事情。因為在電磁場中，一般情況下是不會采用熱電偶的，因為熱電偶在電磁場中會產生感應電流。再加上在熱電偶附近，電磁場比較高。這樣的話就會對測量的精準度造成很大的影響。因此，如果說一定要使用熱電偶的話，還要對其進行屏蔽處理。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，因為光纖維溫度計的穩定性和精度都是非常高的，而且對微波場是不會造成什么影響的，但是有一點需要注意，光纖維溫度計的傳感器比較大。所以說其測量的技術和精度還是比較難測得局部溫升和熱點，這也是當前實驗結果缺乏可信度的一個主要的方面。

1.2 實驗設計的合理性和邏輯性問題

實驗方法結構的合理性和邏輯性也是化學反應成功的關鍵。現階段，非熱效應試驗研究的方法主要有效應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為傳統加熱。（如圖1）

這也是一種較為常見的非熱效應方法。研究人員通過微波加熱和傳統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。當然這種說法也并不是絕對的。還有一些實驗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，也很難保證整個實驗結果的一致性。

2 微波對反應系統自組織行為的影響

2.1 反對非熱效應的觀點

一般在沒有外加電磁場的情況下，反應物分子碰撞的方向性將會維持在一個統計學的各向同性上，而在有外加電磁場存在的時候，大部分的極性分子在取向的作用下也會趨于與電磁場一致的方向。此時電磁場就會導致碰撞方向出現偏差。但是需要注意的是，熱運動又會使電場趨于各向同性。也就是說在一般情況下，熱運動的出現會讓微博輻射下的反應物始終保持碰撞的隨機性上，電場如果太弱的話就不會引起自組織行為。并且在微波加快化學反應中也會隨著高溫的出現而出現。也就是說，當電磁場越強的時候，那么其溫度也就會越高。

2.2 同意非熱效應的觀點

其實遠離平衡的開放物理化學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和能力，從原有的混亂無序狀態逐漸轉移到一種時間、空間都有序的狀態下。一般時候只是作為噪聲或者是干擾的弱點磁場，現階段非線性系統被人們觀察到的隨機共振現象就屬于一個非常典型的例子。

3 結語

此次研究與弱電磁場對生物體的非熱效應研究有所不同。不同點就在于微波加快化學反應中的微波功率是比較高的。而相同往往也會隨著微波反應，其溫度也會隨著升高。所以說如果想要真正的對效應進行區別還是非常困難的，因為并不能分辨出效應是由溫度升高引起的還是其他別的原因引起的。

此外，微波加快化學反應中的非熱效應這一觀點也是缺乏理論基礎的，所以要對微波與化學反應的相互作用進行深入探討和分析，尤其要深入研究一下電磁場與非平衡系統的相互作用。再有，實驗方案還存在很多的漏洞，實驗方案不成熟，還需要研究人員進行全方位的考慮。

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