微波反应的基本原理精选(九篇)

第1篇：微波反应的基本原理范文

【摘要】 

目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料，采用微波辐射合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为：微波功率95 w，辐射时间9 min，酸胺摩尔比1∶12，收率可高达96.8%，与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3h)喹唑啉酮具有非常好的效果，与传统加热方法及文献方法相比，缩短了反应时间，提高了反应速率和收率。

【关键词】  7 硝基 4 (3h) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计

abstract:objective to evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3h)quinazolinone was investigated.method 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. the reaction conditions were optimized with orthogonal design. result the optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 w,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.conclusion 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.

key words:7nitro4(3h)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design

取代的4(3h)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物，其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。niementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法，该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3h)喹唑啉酮，步骤少，但反应温度高，反应物易炭化变黑，产物难以分离提纯[5,6]。近年来，微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在无溶剂无催化剂的条件下，通过微波辐射方法合成了7硝基4(3h)喹唑啉酮，并采用正交设计实验，考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响，寻求最佳反应条件，取得较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

mcl3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司)，wrs1b数字熔点仪(温度计未经校正，上海易测有限公司)，400mhz超导核磁共振仪(溶剂cdcl3，内标tms，德国bruker公司)，mat95xp高分辨质谱仪(美国thermo)。

2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司，化学纯)，甲酰胺(广州化学试剂厂，分析纯)。

1.2 合成路线

合成路线见图1。

1.3 实验方法

1.3.1 合成方法

在装有回流冷凝管的50 ml圆底烧瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 ml (60 mmol)的甲酰胺，置微波反应器中，调节电流控制功率在95 w连续辐射9 min。反应结束后，将反应液倾入碎冰水中，抽滤，得浅黄色针状结晶0.924 g，收率为96.8%，mp 274.4～275.6 ℃。1hnmr (dmsod6) δ ：12.64 (s，lh，-nh);8.37 (d，1h，2h);8.33 (s，1h，8h); 8.26(m，1h，6h);8.23 (m，1h，5h)。 eims：m/z:192 (m+1)+。

1.3.2 正交设计实验

采用微波加热合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，影响反应产率的因素很多，本文根据单因素实验的初步结果，在选定加热方式的情况下，选择微波功率(a)、微波辐射时间(b)、酸胺摩尔比(c)3个因素作为考察对象，每个因素分为3个水平进行实验，以反应收率为指标，考察各因素对反应的影响。

2 结 果

正交实验的因素水平见表1，选用三因素三水平正交表l9(34)安排实验，结果见表2，并利用spss 15.0软件对实验结果进行方差分析，见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析

3 方差分析表

table 3 anova table

方差来源离差平方和自由度均方差f值p值a123.020261.51013.450>0.05b22.727211.3632.485>0.05c5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573

从表2可知，各因素的影响顺依次为a>b>c，即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知，3个因素对反应收率的影响均无显著意义(p>0.05)。综合表2、表3结果，确定最佳实验条件为a2b2c2,即微波功率为95 w、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验，产品收率均在96.8%左右，说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。

3 讨 论

3.1 与传统加热法的比较

以油浴为加热源，使用机械搅拌，各反应物投料量同“1.3.1”项，160 ℃加热反应8 h，产品收率仅62.0%。对比可见，微波加热较传统加热，不仅反应速率提高了50多倍，产物的收率也提高了约35%。

3.2 与文献方法的比较

alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在微波功率60 w、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，收率为86%。本文的结果与之相比，反应时间缩短了4倍，反应收率提高了约10%。

3.3 反应机制探讨

微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能，从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下，分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列，太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步，从而产生热能使温度升高。另外，与传统加热相比，微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20～30 ℃，产生过热温度，促进反应的进行。因此，选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂，在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量，升高温度，且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂，有利于反应的进行。

根据niementowski反应的历程[8]，结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2)：在微波磁场的作用下，受偶极偶极静电作用影响，分子的极化作用增强，羰基碳原子的电正性增加，亲电能力增强，从而使反应活性增加，速率加快。另一方面，偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强，使反应活化能降低，活性增加。

4 结 论

(1)与传统加热方法相比，微波辐射大大提高了反应速率，缩短了反应时间。

(2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件：微波功率 95 w，辐射时间 9 min，酸胺摩尔比1∶12，在此条件下7硝基4(3h)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。

【参考文献】

 

[1] santagati n a,bousquet e,spadaro a,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prostaglandin e2 production [j]. farmaco,1999,54(11-12):780-784.

[2] pandeya s n,sriram d,nath g, et al. synthesis,antibacterial,antifungal and antihiv evaluation of schiff and mannich bases of isatin derivatives with 3amino2methylmercapto quinazolin4 (3h)one [j]. pharm acta helv,1999,74(1):11-17.

[3] ram v j,farhanullah,tripathi b k,et al. synthesis and antihyperglycemic activity of suitably functionalized 3hquinazolin4ones [j].bioorg med chem,2003,11(11):2439-2444.

[4] bavetsias v,marriott j h,melin c, et al. design and synthesis of cyclopenta[g]quinazolinebased antifolates as inhibitors of thymidylate synthase and potential antitumor agents [j].j med chem,2000,43(10):1910-1926.

[5] 刘志红,孙晓莉,张生勇.对niementowski反应的改进[j].有机化学,2001,21(12):1161-1163.

[6] 罗铁军,李正名,赵卫光,等. 2甲基3芳基7(5,5二甲基3酮1环己烯1基)甲酸酯4 (3h)喹唑啉酮的合成[j].有机化学,2002,22(10):741-745.

[7] alexandre f r,berecibar a,wrigglesworth r,et al. efficient synthesis of thiazoloquinazolinone derivatives[j]. trtra lett,2003,44:4455-4458.

[8] alexandre f r,berecibar a,besson t. microwaveassisted niementowski reaction. back to the roots [j]. trtra lett,2002,43:3911-3913.

【摘要】 

目的 用微波辐射法合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，研究微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响。方法 以2氨基4硝基苯甲酸、甲酰胺为原料，采用微波辐射合成7硝基4 (3h)喹唑啉酮，并通过正交设计实验优化反应条件。结果 最佳条件为：微波功率95 w，辐射时间9 min，酸胺摩尔比1∶12，收率可高达96.8%，与常规加热法比较提高了约35%。结论 微波辐射法对合成7硝基4(3h)喹唑啉酮具有非常好的效果，与传统加热方法及文献方法相比，缩短了反应时间，提高了反应速率和收率。

【关键词】  7 硝基 4 (3h) 喹唑啉酮 微波辐射 正交设计

abstract:objective to evaluate the effect of microwave irradiation on the synthesis of 7nitro4(3h)quinazolinone was investigated.method 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized from 4nitroanthranilic acid and formamide under microwave irradiation. the reaction conditions were optimized with orthogonal design. result the optimum conditions were determined as follows: microwave power was 95 w,irradiation time was 9 min,and the molar ratio of 4nitroanthranilic acid to formamide was 1∶12. under above conditions,the yield of product might reach 96.8%,increasing by 35% compared with conventional method.conclusion 7nitro4(3h)quinazolinone was synthesized successfully under microwave irradiation. compared with conventional method,the reaction time shortened and the reaction efficiency increased.

key words:7nitro4(3h)quinazolinone; microwave irradiation; orthogonal design

取代的4(3h)喹唑啉酮类化合物是一类具有广泛生物活性的含氮杂环化合物，其在抗炎[1]、抗菌[2]、抗高血压[3]和抗肿瘤[4]等方面均显示出良好的活性。niementowski反应是合成喹唑啉母环的常用方法，该反应以邻氨基苯甲酸和甲酰胺“一锅煮”合成4(3h)喹唑啉酮，步骤少，但反应温度高，反应物易炭化变黑，产物难以分离提纯[5,6]。近年来，微波辅助有机反应以其反应速度快、副反应少、产率高、产品易纯化等优点引起了广泛关注。本文以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在无溶剂无催化剂的条件下，通过微波辐射方法合成了7硝基4(3h)喹唑啉酮，并采用正交设计实验，考察了微波功率、微波辐射时间和酸胺摩尔比等对反应收率的影响，寻求最佳反应条件，取得较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

mcl3型微波化学反应实验仪(顺德惠而浦家电公司)，wrs1b数字熔点仪(温度计未经校正，上海易测有限公司)，400mhz超导核磁共振仪(溶剂cdcl3，内标tms，德国bruker公司)，mat95xp高分辨质谱仪(美国thermo)。

2氨基4硝基苯甲酸(武汉凯马仕精细化工有限公司，化学纯)，甲酰胺(广州化学试剂厂，分析纯)。

1.2 合成路线

合成路线见图1。

1.3 实验方法

1.3.1 合成方法

在装有回流冷凝管的50 ml圆底烧瓶中，依次加入0.91 g (5 mmol) 2氨基4硝基苯甲酸和2.40 ml (60 mmol)的甲酰胺，置微波反应器中，调节电流控制功率在95 w连续辐射9 min。反应结束后，将反应液倾入碎冰水中，抽滤，得浅黄色针状结晶0.924 g，收率为96.8%，mp 274.4～275.6 ℃。1hnmr (dmsod6) δ ：12.64 (s，lh，-nh);8.37 (d，1h，2h);8.33 (s，1h，8h); 8.26(m，1h，6h);8.23 (m，1h，5h)。 eims：m/z:192 (m+1)+。

1.3.2 正交设计实验

采用微波加热合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，影响反应产率的因素很多，本文根据单因素实验的初步结果，在选定加热方式的情况下，选择微波功率(a)、微波辐射时间(b)、酸胺摩尔比(c)3个因素作为考察对象，每个因素分为3个水平进行实验，以反应收率为指标，考察各因素对反应的影响。

2 结 果

正交实验的因素水平见表1，选用三因素三水平正交表l9(34)安排实验，结果见表2，并利用spss 15.0软件对实验结果进行方差分析，见表3。表1 因素及水平表表2 正交实验结果及极差分析

3 方差分析表

table 3 anova table

方差来源离差平方和自由度均方差f值p值a123.020261.51013.450>0.05b22.727211.3632.485>0.05c5.24722.6230.574>0.05误差9.14724.573

从表2可知，各因素的影响顺依次为a>b>c，即微波功率﹥微波辐射时间﹥酸胺摩尔比。从表3的方差分析结果可知，3个因素对反应收率的影响均无显著意义(p>0.05)。综合表2、表3结果，确定最佳实验条件为a2b2c2,即微波功率为95 w、辐射时间为9 min、酸胺摩尔比为1∶12。在优化条件下进行3次重复验证实验，产品收率均在96.8%左右，说明本实验确定的优化条件可靠、重现性好。

3 讨 论

3.1 与传统加热法的比较

以油浴为加热源，使用机械搅拌，各反应物投料量同“1.3.1”项，160 ℃加热反应8 h，产品收率仅62.0%。对比可见，微波加热较传统加热，不仅反应速率提高了50多倍，产物的收率也提高了约35%。

3.2 与文献方法的比较

alexandre等[7]以2氨基4硝基苯甲酸和甲酰胺为原料，在微波功率60 w、酸胺摩尔比1∶5的条件下微波辐射40 min合成7硝基4(3h)喹唑啉酮，收率为86%。本文的结果与之相比，反应时间缩短了4倍，反应收率提高了约10%。

3.3 反应机制探讨

微波电介加热是利用介质的能力将电磁辐射转化为热能，从而推动反应的进行。热能的产生依赖于偶极子的性质和辐射的频率。在微波辐射频率下，分子偶极取向会随微波磁场的交变而排列，太快的微波磁场变化会导致分子排列与之不能完全同步，从而产生热能使温度升高。另外，与传统加热相比，微波辐射下极性溶剂的沸点通常会升高20～30 ℃，产生过热温度，促进反应的进行。因此，选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一。甲酰胺是一种高介电常数的强极性溶剂，在微波辐射频率下可迅速吸收和转化微波能量，升高温度，且其沸点较高。在本研究中以反应物甲酰胺自身作溶剂，有利于反应的进行。

根据niementowski反应的历程[8]，结合实验推测微波促进该反应的可能作用机理(见图2)：在微波磁场的作用下，受偶极偶极静电作用影响，分子的极化作用增强，羰基碳原子的电正性增加，亲电能力增强，从而使反应活性增加，速率加快。另一方面，偶极偶极静电作用对邻脒中间体的稳定作用较基态强，使反应活化能降低，活性增加。

4 结 论

(1)与传统加热方法相比，微波辐射大大提高了反应速率，缩短了反应时间。

(2)通过正交实验确定了反应的最佳实验条件：微波功率 95 w，辐射时间 9 min，酸胺摩尔比1∶12，在此条件下7硝基4(3h)喹唑啉酮的反应收率可达96.8%。

【参考文献】

 

[1] santagati n a,bousquet e,spadaro a,et al. 4quinazolinones: synthesis and reduction of prostaglandin e2 production [j]. farmaco,1999,54(11-12):780-784.

[2] pandeya s n,sriram d,nath g, et al. synthesis,antibacterial,antifungal and antihiv evaluation of schiff and mannich bases of isatin derivatives with 3amino2methylmercapto quinazolin4 (3h)one [j]. pharm acta helv,1999,74(1):11-17.

[3] ram v j,farhanullah,tripathi b k,et al. synthesis and antihyperglycemic activity of suitably functionalized 3hquinazolin4ones [j].bioorg med chem,2003,11(11):2439-2444.

[4] bavetsias v,marriott j h,melin c, et al. design and synthesis of cyclopenta[g]quinazolinebased antifolates as inhibitors of thymidylate synthase and potential antitumor agents [j].j med chem,2000,43(10):1910-1926.

[5] 刘志红,孙晓莉,张生勇.对niementowski反应的改进[j].有机化学,2001,21(12):1161-1163.

[6] 罗铁军,李正名,赵卫光,等. 2甲基3芳基7(5,5二甲基3酮1环己烯1基)甲酸酯4 (3h)喹唑啉酮的合成[j].有机化学,2002,22(10):741-745.

第2篇：微波反应的基本原理范文

【摘要】  介绍了人体乳房组织的电磁特性以及恶性乳腺肿瘤与正常乳房组织在介电参数上的差异，在此基础上介绍了主动式微波成像的原理，并进一步介绍了用于检测乳腺癌的脉冲微波共焦成像系统的基本组成和成像算法、发展历程及其未来发展。

【关键词】  乳房组织;介电特性;主动式微波成像;脉冲微波共焦成像;乳腺癌

detect breast cancer using confocal

microwave imaging based on radar theoryzhao yibo1，li jianlong2，ding liang2

(1.da ling shan hospital ,guangdong province,dongguan 523820，china;

2.college of electronic science and engineering, nudt,changsha 410073,china)

abstract：the dielectric properties of normal breast tissues and the difference between normal breast tissues and tumor in dielectric properties are presented.we introduce the theory of active microwave imaging、confocal microwave imaging(cmi)system and the basic algrithm for detecting breast cancer.the development process of cmi is recalled and the newest researching results of cmi are reported.in the end of the paper we point out the possible developing direction of cmi.

key words：breast tissues;dielectric properties;active microwave imaging;cmi;breast cancer

1 引 言

乳腺癌是一种常见的疾病，对其治疗而言，早期发现是至关重要的。多年来，电磁场工程师们一直在致力于研究用微波成像的方法实现对人体癌症的检测，相对于现有的医学成像检测方法，如x射线、ct、b超等，微波成像具有诸多优点：

(1)相对安全，微波成像没有电离辐射，在一定能量范围内属相对安全的检测方法[1]。

(2)它是基于一种新的成像检测机理，微波成像属于功能性成像，它反映的是生物组织的电磁特性分布，而恶性肿瘤的介电常数往往比正常的乳房组织大的多，因此利用微波成像能够区分肿瘤的恶性与否。

(3)属于非浸入式检测，检测相对方便。

(4)成像分辨率较高，可以检测出小到2 mm直径的肿瘤，利于癌症的早期发现。

(5)微波成像费用相对较低，易于实现身体普查，有利于疾病的早期预防和治疗。

2 乳房组织的介电特性

生物组织的介电特性通常用cole-cole模型表示，其表达式为：

ε(ω)=ε′(ω)-jε″(ω)=ε∞+δε1+(jωτ)1-α+σsjωε0

这里ω表示角频率，ε′(ω)表示与频率相关的介电常数，ε″(ω)表示与频率相关的介电损耗。

正常的乳房组织成分主要包括皮肤、脂肪、乳腺导管、乳腺囊等，对正常乳房组织以及恶性肿瘤的介电特性测试已经有诸多研究成果[2-6]。1994年joines等人在50～900 mhz的频率范围内测量了多种离体器官和相应恶性肿瘤的介电特性，其中包括正常的乳腺组织及恶性乳腺肿瘤，得出的结论是恶性乳腺肿瘤的介电常数和电导率比正常的乳腺组织平均分别高出233%和577%。campbell等人在1992年分别对多名患者的正常乳房脂肪组织、正常乳腺组织、良性肿瘤和恶性肿瘤四种类型组织的介电特性进行了测量，测量的微波频率为3.2 ghz。他首先对17名患者的乳房脂肪组织进行了测量，测量得到的脂肪组织相对介电常数在2.8～7.6之间，电导率在0.54～2.9 ms/cm之间，含水量在11%～31%;对11名患者的正常乳腺组织的测量结果表明，其相对介电常数在9.8～46之间，而电导率在0.54～2.9 ms/cm;对9名不同患者的 生 物 医 学 工 程 研 究 第29卷第1期 赵亦波，等：基于雷达原理的脉冲微波共焦成像检测乳腺癌 恶性乳腺肿瘤的测量结果显示其相对介电常数在9～59之间，而电导率则在2～43 ms/cm之间。通过数据分析，campbell等得出结论，认为在3.2 ghz微波频率下区分恶性肿瘤的相对介电常数为45～60，电导率为30～40。wisconsin-madison大学的lazebnik等人在2007年进行了较大规模的不同人群乳房组织介电特性测量，他一共选取了93位不同患者的乳房组织样本，通过对样本的测量分析，得出的结论为乳房组织的相对介电常数和电导率与乳房组织的成分有关(见图1)。

从一系列的研究结论可以看出，正常女性乳房组织由于含有的脂肪成分较高(多数超过50%)，脂肪的介电常数和电导率都相对很低，因此，正常乳房组织的平均介电常数在10左右，而恶性肿瘤组织的介电常数和电导率均比正常乳房组织高出三倍多，对微波照射而言，正常乳房组织的反射比恶性肿瘤块的反射要弱，加上采用相关的聚焦技术，可以使得恶性肿瘤组织对微波的反射明显强于正常组织，从而检测出恶性肿瘤，这就是微波成像检测乳腺癌的理论基础。

3 脉冲微波共焦成像检测乳腺癌

3.1 主动式微波近场成像

微波成像的应用范围十分广泛，探地雷达、气象雷达、星载以及机载sar(合成孔径雷达)成像都属于微波成像的范畴。主动式微波成像的基本原理是通过向被成像目标发射电磁波，通过接收目标的反射或散射波，从而获取目标的形状、结构、电磁特性空间分布等信息。在微波频段，要想得到目标反射或散射场的解析解基本上是不可能的。而通过测量微波散射或反射场确定成像目标的电磁参数分布是一个电磁逆散射问题，它是电磁散射正问题的反演。微波成像的基本过程如下：

(1)首先，通过天线向被成像目标发射高频电磁波，在目标周围若干位置放置接收天线接收目标的散射场，从而获得一系列的测量数据。

(2)将目标进行网格剖分，对剖分完的网格电磁参数进行初始设置。

(3)根据目标网格剖分以及初始电磁参数设置求解正问题，即计算各测量点的散射场，常用方法有有限元法、时域有限差分法等。

(4)根据计算值和测量值的差重新调整各网格的电磁参数估计值。

(5)不断重复以上各步，直到正向计算结果与测量结果误差满足一定要求。

由于诸多因素的影响，比如测量数据量的不足，正向计算的误差，或者目标结构复杂，甚至目标是各向异性的，这些都使得反演结果不唯一，不能确保成像结果与实际完全吻合，这在一定程度上限制了微波成像的应用。

但随着电磁场数值算法研究的进展，特别是计算机计算能力的迅猛提高，微波成像技术用于人体检测变得越来越具有吸引力，其中以用于女性乳腺癌检测的研究最为活跃，取得的成果和进展也最为显著，基于雷达原理的脉冲微波共焦成像(confocal microwave imaging, cmi)就被认为是一种很有发展前景的主动式微波成像技术。

3.2 脉冲微波共焦成像检测乳腺癌

脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌是基于雷达原理，它类似于机/星载sar成像或探地雷达的工作原理。不同于普通的逆散射成像，该方法避免了复杂的逆散射计算问题。

脉冲微波共焦成像技术用于乳腺癌的检测最早是由美国wisconsin-madison大学的hagness提出[7]，加拿大自然科学与工程研究委员会的elise c. fear等人也相继进行了理论和实验研究并取得了一系列的研究成果。

脉冲微波共焦成像系统检测乳腺癌的基本工作过程是：系统首先用天线发射超宽带脉冲对成像目标乳房进行照射，同一天线用于接收乳房的反射波，反射波信号采用矢量网络分析仪记录，由于矢量网络分析仪记录的是频域信号，需要通过离散反傅立叶变换得到反射波的时域形式。在一个位置完成该过程后，将天线移动到另一个位置重复上述过程。当所有位置都测试完毕后，根据成像聚焦点的不同，对所有位置接收到的反射波进行时移相加，最后得到目标乳房组织的反射波相对灰度图像。虽然这种方法不能直接得到乳房的介电参数分布，但它能区分出由于介电参数异常增大而使反射波增强的区域，起到检测乳腺恶性肿瘤的作用。

hagness等人开展微波共焦成像检测乳腺癌的研究开始于1998年，最开始采用的是计算机理论仿真的方式。仿真天线扫描方式是采用平面式，探测深度约为5 cm，之所以采用这种扫描模式是基于患者仰面躺着接受检测的假设，结形天线加载后直接放在乳房上面进行检测，天线与乳房之间没有空间距离，从而保证和皮肤间的阻抗匹配，减小皮肤的反射。

而fear等人则在2005年建立了一套微波共焦成像检测乳腺癌的实验验证系统，该系统被称之为tsar(tissue sensing adaptive radar，tsar)[8-10]。系统由液体容器、浸泡用液体、地层、天线和乳房模型构成。液体容器的上方是用作地层的金属盖板，金属盖板上留有几个洞，天线和乳房、肿瘤模型通过这些洞放入容器盛放的液体中，液体的介电常数接近正常的乳房组织，这样可以减少正常乳房组织对入射波的反射。整个容器除了上层盖板因用作地层而采用金属材料外，其它地方采用的都是介质材料，这是为了尽量避免电磁波被容器壁反射。天线采用的是阻抗加载wu—king偶极子天线，长度为10.8 mm。而乳房模型则采用的是圆柱体模型，圆柱体高为30 cm，截面直径为10 cm，圆柱体内放有一个肿瘤模型。整个仿真模型材料分为四种：液体、“皮肤”、“脂肪”，“肿瘤”，四种材料的介电参数见表1。表1 实验系统用到的各种材料的介电参数　实验系统通过旋转乳房模型，每次旋转22.5°或40°，实现天线对乳房模型的扫描。

天线回波数据采集采用的是将安捷伦的8719es矢量网络分析仪通过50 ω同轴线连接到天线上实现的，频率采样点为1601个，采样16次的样本进行平均，采样频率范围为1～10 ghz，对采集到的频域数据进行离散反傅立叶变换即得到信号回波的时域波形。

通过诸多研究者一段时间的努力，用于检测乳腺癌的脉冲微波共焦成像系统的基本框架已经基本成型，下面分析系统的各技术要素及其近期的研究成果。

首先，超宽带信号形式的选择主要有两点矛盾：分辨率和信号衰减的矛盾。信号的带宽越宽，则系统的距离分辨率越高，但同时随着信号频率的升高，其衰减就越厉害，探测深度因而受到影响，因此，对信号的形式选择应该综合考虑这两个因素。

目前被广泛采用的超宽带信号源形式为微分高斯脉冲，其表达式为：

v=v0(t-t0)exp(-(t-t0)2τ2)

其中τ约等于50～100 ps，t0=4τ，这种形式的信号的典型探测深度为3～4 cm，最大探测深度为5 cm，这是考虑到几乎50%的肿瘤位置处于深度小于2.5 cm位置，距离分辨率约为1 cm，因此，这种脉冲形式兼顾了分辨率与探测深度两者的要求。

对天线的选择，目前采用的方案是加载蝶型天线或wu-king偶极子天线等，fear等人研制了多种超宽带天线[11-13]，并比较了其性能指标以及对成像效果的影响。

波束形成方式有天线阵列波束成形、单天线空间扫描波束成形等方法，其中后者被更多地采用，主要原因是单天线扫描的方法简单易于实现，可以避免多天线间复杂的互藕问题，简化信号处理。空间扫描方式主要有两种：一种是以蝶型加载天线直接放在乳房组织上，而人体仰躺着，让天线在乳房组织上不同位置进行测量;另一种方案是让人体趴着，乳房通过一个圆洞浸泡在某种液体中，这种液体的介电常数接近脂肪组织，偶极子天线围绕乳房组织四周不同点进行测量。一般将乳房当作一个圆柱模型。

关于信号接收系统灵敏度和动态范围问题，通过hagness等人的仿真论证，不同深度和直径的肿瘤在乳房组织中的反射信号强度(相对于激励信号)见表2。表2 不同大小、位置、深度的肿瘤反射回波强度由表2可以看出，对乳腺癌的检测而言，信号接受系统的动态范围在120 db左右即可满足检测要求。

在乳房建模方面，前期研究采用的模型比较简单，基本上假设乳房组织介电参数分布比较均匀且各向同性，乳房外型也比较规范。采用这样的简化模型对前期的研究是必须的，但随着研究的深入以及技术实用化的要求，模型就必须逐渐向实际靠拢。在x li等人利用二维磁共振(mri)图像数据建立仿真乳房模型的基础上[14]，sill等人建立了基于三维mri图象的仿真乳房模型[15]，并利用脉冲微波共焦成像算法进行了仿真验证，仿真结果表明对于这种相对复杂接近实际的乳房模型，共焦成像也能有效检测出一定大小的肿瘤，只是信号杂波比(s/c)降低到了4.9 db，而简单模型情况下信号杂波比(s/c)为10.3 db，可见模型背景的复杂度加大对系统检测能力是有很大影响的。

脉冲微波共焦成像算法的基本流程如下[16]：

(1)首先，进行信号校准。目的是在接收信号中去除发射信号残余和皮肤反射信号。这是基于这样一个假设：在不同位置得到的发射信号残余和皮肤反射信号基本相同。校准信号采用的是一圈的每一个位置天线接收信号的平均值，采用的方法是将一圈的每一个位置天线接收信号减去这一圈的校准信号。

(2)积分运算。由于采用微分高斯脉冲，因此当信号过零点时积分值最大，对信号进行积分运算处理后更易于识别回波信号在时间轴上的位置。

(3)信号补偿。主要采用路程损失补偿或辐射发散补偿，其中平面扫描方式采用路径损失补偿，而圆柱扫描则采用辐射发散补偿。

(4)图像重建。图像重建采用共焦算法，将待成像的物体进行剖分成n个网格，假设有m个测量位置，假设某个网格的位置矢量为r，则在该网格的成像灰度可表示为：

i(r)=[∑mm=1bm(τm(r))]2

其中bm表示第m个位置天线测量得到的反射波时域波形，它是经过(1)、(2)、(3)步骤处理过的信号波形，τm(r)=2|r-rm|v，v是乳房组织中的电磁波传播速度。

在对聚焦成像算法继续进行研究的同时，也有不少研究者开始研究乳房轮廓的检测算法[17-18]，近两年已有部分成果发表。由于在对乳房进行共焦成像时需要事先对乳房进行定位，即预先知道乳房的位置外形轮廓，在此基础上才能对回波信号进行有效的校准，因此，乳房轮廓的检测算法对该技术完善和后续的实用化十分重要。

4 发展前景

总之，脉冲微波共焦成像技术检测乳腺癌目前尚处在实验室的研究阶段，没有形成临床应用的产品。但随着相关生物医学技术的发展，天线技术、相关信号获取设备技术的提高，信号处理算法的进一步发展，相关硬件技术的进步以及计算机计算能力的提高等，微波成像技术用于检测乳腺癌将有望走向临床应用。

【参考文献】

  　[1]larsen l e，jacobi j h.medical applications of microwave imaging[m].new york，ieee press，1986.

[2]chaudhary s s,mishra r k,swarup a, et al. dielectricproperties of normal and malignant human breast tissues at radiowave and microwave frequencies[j]. indian j. biochem. biophys, 1984,21：76-79.

[3]surowiec a j,stuchly s s,barr j r, et al.dielectricproperties of breast carcinoma and the surrounding tissues[j]. ieee trans biomed eng,1988, 35(4):257-263.

[4]campbell a m,land d v. dielectric properties of female human breast tissue measured in vitro at 3.2 ghz[j]. phys med biol,1992, 37(1):193-210.

[5]joines w t,dhenxing y z,jirtle r l. the measured electrical properties of normal and malignant human tissues from 50 to 900mhz[j]. med phys, 1994, 21: 547-550.

[6]lazebnik m,mccartney l,popovic d, et al. a large-scale study of the ultrawideband microwave dielectric properties of normal breast tissue obtained from reduction surgeries[j]. phys med biol, 2007, 52: 2637-2656.

[7]hagness s c，taflove a，bridges j e.two-dimensional fdtd analysis of a pulsed m icrowave confocal system for breast cancer detection：fixed-focus and antenna-array sensors[j]. ieee trans. biomed. eng, 1998,45(12)：1470-1479.

[8]sill j，fear e c.tissue sensing adaptive radar for breast cancer detection-experimental investigation of simple tumor models[j]. ieee trans. microw. theory tech, 2005,53(11)：3312-3319.

[9]williams t c,fear e c,westwick d t. tissue sensing adaptive radar for breast cancer detection—investigations of an improved skin-sensing method[j]. ieee trans. microw. theory tech,2006,54(4):1308-1314.

[10]sill j m,fear e c. tissue sensing adaptive radar for breast cancer detection: study of immersion liquids[j]. electronics letters,2005,41(3).

[11]xing yun,fear e c,johnston r h. compact antenna for radar-based breast cancer detection[j]. ieee trans antennas propag,2005,53(8):2374-2380.

[12]shannon c j,fear e c,okoniewski m. dielectric-filled slotline bowtie antenna for breast cancer detection[j]. electronics letters,2005,41(7).

[13]bourqui j,campbell m a,sill j, et al.antenna performance for ultra-wideband microwave imaging[j].radio and wireless symposium,2009.

[14]li x，hagness s c. a confocal microwave imaging algorithm for breast cancer detection[j]. ieee microw wire comp letters, 2001, 11:130-132.

[15]sill j m,williams t c,fear e c.realistic breast models for second genneration tissue sensing adaptive radar system[c]. antennas and propagation,the second european conference on,2007.

[16]fear e c,sill j,stuchly m a.experimental feasibility study of confocal microwave imaging for breast tumor detection[j].ieee trans microw theory tech, 2003, 51(3):887-892.

第3篇：微波反应的基本原理范文

关键词：微波技术 化学合成

我国在微波技术的研究起步于80年代。微波在化学化工各个领域内的应用研究参差不齐，在橡胶工业中应用较早，主要是微波硫化技术。从1985年以来，我国直接从国外引进微波硫化技术，陶瓷微波烧结技术是国家/8630高技术新材料领域资助项目，在该领域内理论研究和工业应用并驾齐驱。但微波技术在某些领域如香料、造纸等行业研究应用较为滞后。总之，国内微波辐射技术在合成化学方面的研究是处于起步阶段，需要学习，借鉴国外经验，本文就这一研究领域，对有机湿、干反应和无机合成的近期进展作一介绍，希望对化学工作者在这方面的研究有所帮助。

微波是一种高频电磁波，其频率为3义102-3x105MHz，波长从0.olmm到lm，包括分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波，在电磁波谱系列中，其高频端与远红外线相邻，而低频端与普通无线电波的超短波衍接。微波的热效应是由物质的离子、极性分子及因电场作用而产生的极化分子在迅速交变的微波场中交替排列，高速振荡、摩擦和碰撞而瞬间产生的。

一、微波技术在有机合成上的应用

微波辐射加热与传统加热技术有着本质的区别，前者是在物质受到微波辐射后分子从相对静态瞬间转变成动态，分子偶极以每秒数十亿次的高速旋转产生热量，由于此瞬间变态是在物质内部进行的，故常称为内加热。而传统加热方式是靠传导和对流进行的称为外加热。内加热具有加热速度快，受热体系均匀等特点，外加热方式进行的的反应常常需要几小时甚至几十小时才能完成，微波反应往往在几分钟内就能完成，可以避免反应物长时间加热而引起副反应，因此在加速反应的同时可以提高反应收率和产品纯度。

1.微波可以加速在溶剂中进行的有机反应

极性溶剂如水、醇、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、丙酮、醋酸等能与微波有效偶合，在微波辐射下能被很快加热。而非极性溶剂如苯、环己烷、石油醚、乙醚、四氯化碳等难与微波有效偶合，因此在微波辐射下不能被加热，但在这些溶剂中加入少量极性溶剂也可以被加热。值得一提的是，在极性溶剂中加入少量盐，能加强溶剂和微波的纯偶合，从而提高加热速度。

早在1986年Giguere.R.J等将蒽和富马酸二甲酯进行Diels-Alder反应，在对二甲苯溶液中，用微波辐射10 min，得到产物，收率为87%，而常规方法在138e，加热4 h，收率仅67%。用微波促进芳香族的亲核取代反应，使用相转移催化剂，用碱金属氢氧化钠作缚酸剂，对氯硝基苯和乙醇在微波辐射下反应2 min，可以几乎定量的得到对乙氧基硝基苯。

具有活泼亚甲基化合物与羰基化合物在碱存在下进行Knoevenazal缩合反应，微波辐射115 min，便可得90%的相应的烯烃。

丁二酸酐和苯肼在醋酸溶液中反应制备N-苯基哒嗪二酮，如用常规的方法反应需耗时4h，收率为85%，而用微波技术反应2 min，收率为88%。苯甲酸和异丙醇在催化剂量的硫酸存在下，用微波辐射，制备苯甲酸异丙酯，收率可达95%。

氰乙酸乙酯和对甲氧基苯胺在三氯苯溶剂中，用微波辐射6 min得91%的N-对甲氧基苯基氰乙酰胺。

2.微波加速无溶剂的有机反应

许多固体在吸收微波辐射后能迅速地达到高温，利用这一特性，将一反应物和某固体混合，然后在微波的辐射下与另一反应物发生化学反应。由于低微波吸收或不吸收的无机载体，如三氧化二铅，二氧化硅等不阻碍微波能量的传导，能使吸附在无机载体表面的有机物充分吸收微波能量后被活化，从而大大提高了反应速率。

1993年Varma等在微波辐射去化合物保护基方面进行了广泛的研究，他们发现乙酰基保护的苯酚可以选择性地去保护基，双乙酰化了的对羟基丁基苯酚用三氧化二铝作载体，微波辐射30s，去掉酚羟基上的保护基，收率为93%。同样条件下，微波辐射215 min，则酚羟基和侧链羟基的保护基同时被去掉，收率达92%，而用通常的方法，达到近似的收率，则反应时间长达40 h。

微波促进烷基化反应有较多的报导，Bram等报导了羧酸烷基化生成羧酸酯，将醋酸的钾盐吸附在三氧化二铝上，加入溴代正辛烷，在微波下辐射2min，得到乙酸正辛酯，收率为80%。邻苯二甲酰亚胺N-烷基化反应，先将卤代烷吸附在碳酸钾上，再与邻苯二甲酰亚胺混合，将此混合物微波辐射4～10 min，可以95%的收率制得N-烷基邻苯二甲酰亚胺。

制备O-芳基-N， N二甲基硫代氨基甲酸酯[14]是微波促进芳氧基化的一个例子，先将芳香族酚吸附在含有氟化钾的三氧化二铝上，再与二甲基硫代氨基甲酰氯混合，在微波辐射下生成O-芳基N， N-二甲基硫代氨基甲酸酯，该化合物又可以在微波辐射下重排为S-芳基-N， N-二甲基氨基甲酸酯，在微波辐射下反应只需几分钟，而常规方法需在乙腈溶液反应16 h。

醛基和活泼亚甲基的缩合反应也可以在无溶剂的条件下进行，5-硝基糠醛和氰乙酸乙酯吸附在Lewis酸和氯化锌上，微波辐射1 min，可得到高收率的相应的取代丙烯酸酯。

N-芳基和烷基取代的吡唑衍生物是医药、农药等领域的重要中间体，用常规的加热方法不仅反应时间长（需24～96 h），而且长时间加热会产生重排等副反应，影响产品纯度。用微波辐射，只需3～8 min，不仅时间短，而且可以避免许多副反应，是目前制备N-取代吡唑的最佳方法。

Andrew最近报导了用微波技术制备一系列N-芳基含氮杂环化合物，如苯骈咪唑，咪唑、三唑和吡唑，方法是在醋酸铜存在下，用聚苯乙烯-聚乙二醇（PS-PEG）树脂作为固体载体，用苯基硼酸作为芳基化剂制备N-芳基杂环化合物，如苯骈咪唑和对甲苯基硼酸进行N-烷基化反应，用常规的外加热法需在80摄氏度加热反应48 h，收率仅为30%，若用微波辐射5 min，即可达56%的收率，产品纯度为96%。

微波技术在杂环化合物的合成上得到了广泛的应用，三氯乙腈与N-苄叉甲胺N-氧化物，在无溶剂条件下，微波辐射2～10 min，环合生成2，3-二氯-2-甲基-3-苯基-5-三氯甲基-1，2，4-口恶二唑，收率为82%，而一般外加热方法收率为61%。

蒽醌是一种重要的染料工业原料，利用Friedel-Grafts反应生产蒽醌时，最后一步反应是邻苯甲酰苯甲酸，脱水生成蒽醌，通常以酸性粘土作催化剂，用硫酸脱水，不仅生产过程中有大量酸性废水，而且用外加热的方法催化剂只用4次，收率就下降至50%，而用微波辐射脱水环化生成蒽醌，产率可高达90%，催化剂在350e～400e也不失活，连续使用12次，还能保持高收率。

二、微波技术在无机合成上的应用

在无机化合物的合成方面，微波辐射显示出较大的优越性。国外在无机固体合成方面发展迅速，Rao.K.J.等作了较为全面的评述。许多无机化合物，如碳化物、氮化物、复合氧化物、硅化物、沸石等都可以用微波技术合成，这类无机物中的许多在工业生产上有重要的意义。例如稀土Y型沸石是石油工业上广泛应用的裂解催化剂，目前工业上常用水热交换法制备，为达到所需的交换度，需进行多次交换和焙烧，周期长，效率低，操作复杂，而且在多次的交换和焙烧下部分沸石的晶体结构受破坏。使用微波辐射的水热交换法具有交换度高，交换时间短，对沸石结构无影响等优点。

碱式碳酸镁是生产铌镁酸铝独石电容的重要原料，也是较常用的化学试剂，但该化合物热稳定性较差，不易制得电子陶瓷所需的四水合物Mg5（CO3）4（OH）2・4H2O单一物相，且粘度分布难以控制，因而影响电容原料的配比、烧结温度及电学性质。采用微波加热代替常规的水蒸汽加热或水浴加热法处理碳酸镁三水合物MgCO3・3H2O，得到了具有固定组成的均分散Mg5（CO3）4（OH）2・4H2O片状细微晶体，具有操作简便、准确、产品性能好等特点。

磷酸盐类的钠米粒子，可广泛应用于颜料、涂料、催化剂和功能陶瓷材料的生产上。采用传统的加热方法需长时间的加热过程（至少需3h），而且很难得到稳定的磷酸盐超细微粒子分散体系，用微波辐射只需加热6min左右，即可得到磷酸盐的均匀分散球形微粉，整个制备过程时间短，见效快，操作方便。

三、结束语

微波技术作为一门新兴的交叉性学科，在理论上尚缺乏系统性，存在不少急待进一步深入研究和解决的问题。微波技术在化学各领域的应用还比较零散，未形成体系，从已发表的文献信息来看，大部分还处于实验研究阶段，与之相匹配的微波设备、装置、材料的研制相对滞后，这阻碍了该技术的全方位扩展。但相信随着理论研究和实验工作的不断深入，这些问题将逐步得到解决。可以预见，微波技术在化学研究和化工生产中将会得到广泛的应用和发展。

参考文献

[1]矫庆泽，等.微波辐射下LaNaY沸石的水热交换反应1应用化学，1994，11（3）：84～85.

第4篇：微波反应的基本原理范文

关键词：微波技术 冶金工程 技术发展 浸出 萃取

中图分类号：TF1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0094-02

在科技的支持下，冶金行业得到发展，同时冶金企业也在不断提升技术用以增加产量降低生产成本。微波技术出现后，得到广泛应用。现今微波技术在冶金领域得到广泛应用，尤其在萃取、浸出等工序中有着良好的效果。

1 微波技术的工作原理

微波是一个十分特殊的电磁波段，微波波长在1mm至1m之间，微波相应频率在300GHz至300MHz之间，其中民用的微波频率只有915MHz和2450MHz两个频率，微波虽然存在于无线电波和红外辐射之间，但是在产生方式、传播途径以及应用上都与二者有所不同。微波加热的工作原理如下，在磁场环境中，一些物质的分子会发生极化，分子将会随着微波场方向发生改变，在运动过程中极性分子会试图对自身速率进行调整，进而引起极性分子旋转。原子弹性散射会阻碍极性分子旋转，并导致能量耗散，将电磁能直接转化为热能，实现对物质加热升温的目的[1]。

微波加热有其明显的特点，与传统加热方式有很大不同。传统加热方式是传导式的加热，是一种通过外部热源由表面到内部的加热方式。微波加热是从对象材料内部进行，通过对象内部耗散来对目标进行加热，微波加热方式与传统方式相比也有其明显的优势。微波加热的方法是使受热目标本身成为发热体，这样能够使受热目标在加热的过程中做到受热均匀，避免了传统加热方式中存在的冷中心问题，无论受热物体的形状如何，都可以做到均匀受热。由于受热目标直接成为发热体，所有在微波加热的过程中，不需要经历热传导的过程，而且可以减少能耗提升受热速度。在微波的作用下，物质的原子和分子会发生高速振动，从而为化学反应建立更为有利的环境，进而降低能耗。微波加热可以在较低温度下完成杀菌保鲜的任务，微波加热快，对食物内维生素等物质活性能够做到最大程度的保留，而且微波本身不会产生废渣、废气等有害物质，更利于环境保护。

2 微波技术在冶金中的应用

微波技术在当今的冶金中应用广泛，主要包含微波辅助萃取、微波强化浸出、微波干燥、微波碳热还原和微波烧结等应用。

2.1 微波作为萃取辅助

微波技术在实际工作中应用有很多，微波能够穿过萃取介质，对加热物直接进行加热。因此在萃取的过程中，运用微波技术可以对萃取工作中的传质加热，继而减少萃取工作的时间，可以有效的提高萃取效率[2]。微波技术在对萃取进行辅助时，极性溶剂吸收微波的能力要更强，而且在微波条件下更容易提升溶剂活性，所以在萃取中，使用极性溶剂要优于非极性溶剂，使用极性溶剂能够和被萃取物产生更好的效果。在铂（Ⅱ）和钯（Ⅱ）络阴离子的萃取及分配行为中，可以发现在微波辐射下，分配比和饱和吸附容量得到了增大，萃取率有效提升，使用微波技术辅助萃取能够使萃取速率增大。

2.2 浸出应用微波技术

随着资源的不断开采，一些低质量的冶金原料也被当作冶金原料使用，对于低质量原料的处理工作难度越来越大，使用传统的湿法冶金工艺手段能够有效对这些低质量矿石进行处理，但是浸出率低，处理时间长，影响工作效率[3]。一些学者尝试将微波技术应用于这一工作中，并取得了良好的进展。纳库马尔等人在对低质量且难浸的金矿进行了微波预处理，在对试验结果分析后发现，矿石中的总碳量降低的值接近70%，而矿物中的致密硫化物被氧化成为了结构更为稀松的氧化物。将接受微波处理后的金矿放入氰化物中浸出，金回收率在95%以上，可发现利用微波处理后的浸出效果明显。另外，丁伟安在硫化铜精矿三氯化铁浸出反应的研究中，对微波的运用也进行了探讨。在硫化铜精矿三氯化铁浸出反应实验中，在使用微波加热后，浸出的速率有明显的提高，而且物质间出现反应的时间也在缩短，表面微波技术应用于浸出中的有效性。

2.3 微波应用于干燥处理

干燥处理是微波技术的最基本应用，水在微波的作用下会产生强烈的反应，水是有效吸收微波的物质。与传统通过辐射达到干燥的手段相比，微波干燥具有更多的优势，使用微波技术速度更快，更加有效的对物品起到更好的保护[4]。

库萨卡等学者在硼酸干燥实验中运用了微波技术，微波功率设定在100～700W间。在实验中，实验对象的温度在微波加热下迅速接近100℃，随后温度迅速下降，这说明水分已经快速脱离了实验对象。实验后对实验样品进行观察，发现样品在物理形态上并没有发生变化，而且硼酸中的结晶水没有在微波加热下发生分解，微波干燥用时短应用微波技术进行干燥不但速度快，而且安全性高，能够很好的保护加热对象。

2.4 微波碳热还原

碳在冶金中有着重要的作用，充当着冶金中的还原剂，可以有效的吸收微波，在微波条件下，碳可以快速升温，当碳迅速升温后其还原力得到增强。微波碳热还原技术的目的就是利用碳吸收微波的能力来还原氧化物，还原后将得到用于冶金的金属和化合物。

斯坦迪斯等人在对铁矿石微波碳热还原进行研究的过程中发现，通过微波加热的方法，能够有效解决在传统加热方法中一直存在的“冷中心”技术瓶颈。在微波加热的条件下，碳热还原率迅速提升。加拿大学者也曾经进行过此类实验，通过微波技术来处理含铁废渣，在微波加热废渣的同时，加入磁铁矿和碳，加热速度得到提升的同时，还回收了废渣中的铁矿，实现了资源的再回收[5]。

2.5 微波烧结

微波烧结是利用微波技术对材料进行加热，并提升至烧结温度实现材料的致密化。在进行微波烧结的过程中，升温速度快，但是在材料内部温度始终保持均匀，材料晶粒会受到抑制，材料质量会提升。

罗春峰等人对微波烧结进行研究，以粉末冶金铁基材料的烧结工艺与性能为研究主体，并和传统的真空烧结工艺进行对比。对实验结果进行分析后得出的结果表明，通过微波烧结，使粉末冶金铁基材料在1280℃的温度下保温10min，能够使材料达到95.8%的相对密度，进而增强了材料的硬度和抗拉强度。

3 微波技术在冶金工程中未来的发展

微波技术在冶金工程中的应用领域已经越来越多，使用微波技术能够提升金属的回收率、降低冶金技术的能耗、减少工作时间等，微波技术在冶金行业中有着广阔的发展前景。微波技术在冶金中的应用愈加成熟，但是随着生产需要，微波协调其他外场技术在冶金中的应用必须得到发展。如超声波技术能够通过空化反应将悬浮在溶液上的团聚颗粒进行粉碎，使水溶液吸收微波性能提升。但是类似于这种外场技术的联合工作技术尚不成熟，仍然需要进行完善和增加。外场技术的联用符合冶金行业发展需要，是冶金行业发展的必然趋势，因此，广大冶金行业研究者和工作者，应在实践中刻苦攻关，实现技术的发展。

4 结语

微波技术在冶金工程中得到良好的发展，对冶金技术有着巨大的帮助。但是相关研究者和从业人员也应该认识到，为了适应为了发展需要，必须要加强微波技术与其他外场技术的结合，提升技术联合能力，共同为冶金工程发展做出贡献。

参考文献

[1] 刘书祯，白燕，程艳明，等.微波技术在冶金中的应用[J].湿法冶金，2011（2）：91-94.

[2] 郑凯，赵平源.微波技术在冶金中的应用[J].广东化工，2014（8）：75-76，72.

[3] 石鑫越.微波碳热还原转炉渣脱磷动力学研究[D].石家庄：河北联合大学，2013.

第5篇：微波反应的基本原理范文

关键词:化学需氧量;环境监测;综述

化学需氧量(cod)是评价水体污染的重要指标之一。cod测定的主要方法有高锰酸盐指数法(gb11892 - 89)和重铬酸钾氧化法(gtb11914 -89) 。高锰酸盐指数法适用于饮用水、水源水和地面水的测定。重铬酸钾氧化法(codcr )适用于工业废水、生活污水的测定,但此法要消耗昂贵的硫酸银和毒性大的硫酸汞,造成严重的二次污染,且加热消解时间长、耗能大,缺点十分明显,已不适应我国环境保护发展的需求。为此,人们从不同方面进行了改进。

1　标准法的改进

1.1　消解方法的改进

为缩短传统的回流消解时间,早期进行的工作包括密封消解法、快速开管消解法、替代催化剂的选择等;近期的工作主要包括采用微波消解法、声化学消解法、光催化氧化法等新技术。

1.1.1替代催化剂的研究　重铬酸钾法所用的催化剂ag2 so4 价格昂贵,分析成本高。因此,毕业论文研究ag2 so4 的替代物,以求降低分析费用有一定的实用性。如以mnso4 代替ag2 so4 是可行的,但回流时间仍较长。ce ( so4 ) 2 与过渡金属混合显示出很好的协同催化效应,如以mnso4 - ce ( so4 ) 2复合催化剂代替ag2 so4[ 1 ] ,测定废水cod,不但可降低测定费用,还可降低溶液酸度和缩短分析时间,与重铬酸钾法无显著差异。

1.1.2微波消解法　如微波消解无汞盐光度法测定cod;微波消解光度法快速测定cod;无需使用hgso4 和ag2 so4 测定cod 的微波消解法;氧化铒作催化剂微波消解测定生活污水cod 等。ramon[ 2 ]等采用聚焦微波加热常压下快速消解测定cod。

与标准回流法相比,微波消解时间从2h缩短到约10min,且消解时无需回流冷却用水,耗电少,试剂用量大大降低,一次可完成12 个样品的消解,减轻了银盐、汞盐、铬盐造成的二次污染[ 3 ] 。专著[ 4 ]对此作了较全面的总结。

1.1.3声化学消解法　尽管微波消解时间短,但消解完后要等消解罐冷却至室温仍需一定时间。而超声波消解方便,设备简单,且不受污染物种类及浓度的限制,近年来已有一些应用研究[ 5 ] 。钟爱国[ 6 ]使用自制的声化学反应器对不同水样进行了声化学消解试验,提高了分析效率,减少了化学试剂用量, cod 测定范围150mg ·l - 1 ～ 2000mg·l - 1 ,标准偏差≤615% ,加标回收率96% ～120%。超声波消解时,超声波辐射频率和声强是两个重要的影响因素。试验表明,超声波辐射标准水样30min 时, 低频( 20khz) 、适当高的声强(80w·cm- 2 )有利于水样的完全消化。

1.1.4光催化氧化法　紫外光氧化快速、高效,在常温常压下进行,不产生二次污染,因此对水和废水分析的优势特别突出。近几年来,半导体纳米材料作为催化剂消除水中有机污染物的方法已引起了人们的广泛关注。当用能量等于或大于半导体禁带宽度(312ev)的光照射半导体时,可使半导体表面吸附的羟基或水氧化生成强氧化能力的羟基自由基( ·oh) ,从而使水中的有机污染物氧化分解。艾仕云等[ 7 ]提出纳米zno 和kmno4协同氧化体系,并据此建立了测定cod 的方法,所得结果的可靠性和重现性与标准法相当。他们还使用k2 cr2o7 氧化剂、纳米tio2 光催化剂测定cod[ 8 ] 。通过光催化还原k2 cr2o7 生成的cr3 +浓度变化,可以获得样品的cod值。但反应仍需恒温搅拌,反应液需离心过滤。操作烦琐,且不能在线快速分析。

1.2　测定方法的改进

1. 2. 1分光光度法　分光光度法测定cod是在强酸性溶液中过量重铬酸钾氧化水中还原性物质, cr6 +还原为cr3 + ,英语论文利用分光光度计测定cr6 +或cr3 +来实现cod 值测定。inaga 等以ce ( so4 ) 2作氧化剂,加热反应后测定吸光度,计算出cod值。konno使用自制的比色计与pc机相联测定cod,所得结果与标准法基本一致。光度法测得cod值快速、准确、成本低等。目前,国内外不少cod快速测定仪均是基于光度法原理。如美国hach公司制造的cod测定仪是美国国家环保局认可的cod测量方法。

1. 2. 2电化学分析法

(1)库仑法　库仑法是我国测定cod的推荐方法,该法利用电解产业的亚铁离子作库仑滴定剂进行库仑滴定, 根据消耗的电量求得剩余k2 cr2o7 量,从而计算出cod。广州怡文科技有限公司和中国环境监测总站研制的est22001cod在线自动监测仪,采用库仑滴定原理,测量范围5mg/l～1000mg/l;测量时间30min～60min,测量误差≤±5% fs;重复误差≤±3%fs,与手动分析具有很好的相关性。

(2)电解法　此法既不外加氧化剂,也不加热消解水样,而是利用电化学原理直接测量水中有机物的含量,是cod测定方法的突破。方法原理基于特殊电极电解产生的羟基自由基( ·oh)具有很强的氧化能力,可同步迅速氧化水中有机物,较难氧化的物质(如烟酸、吡啶等)也均能被·oh氧化。羟基自由基被消耗的同时,工作电极上电流将产生变化。当工作电极电位恒定时,电流的变化与水中有机物的含量成正比关系,通过计算电流变化便可测量出cod 值。作者在这方面作了一些探索工作,取得了初步的结果[ 9, 10 ] 。由于水样不需消解,极大缩短了分析流程,还克服了传统方法中“二次污染”的问题。目前,这类仪器代表产品是德国lar公司的elox100a型cod在线自动监测仪h[ 11 ] 。仪器测量范围从1mg/l～10000mg/l,最大可到100000mg/l,测量周期2min～6min。此仪器在欧美各国已得到较广泛的应用,在我国也获得国家质量监督检疫总局计量器具型式批准证书。

(3)其他电化学分析法　dugin[ 12 ]提出以ce( so4 ) 2 为氧化剂,利用ph电极和氧化还原电极直接测定电势从而测定cod 值的方法。belius2tiu[ 13 ]以两种不同的玻璃电极组成电池,通过直接测定电池电动势, 对水样中cod值进行测定。赵亚乾[ 14 ]以一定比例的反应溶液回流10min后,冷却稀释,用示波器指示终点进行示波电位滴定测定cod。

westbroek等[ 15 ]提出pt - pt/pbo2 旋转环形圆盘电极多脉冲电流分析法,通过电化学方法产生强氧化剂,硕士论文有机污染物在圆盘电极表面直接氧化或与产生的氧化物质反应而间接被转化。伏安计时电流法和多脉冲计时电流法测cod,可在几秒中获得结果,而且可以在线监测。形成的强氧化媒介可使工作电极表面保持清洁。但方法检测限较高,不适合地表水或轻度污染水的测定。但德忠等[ 16 ]提出混合酸消解和单扫描极谱法快速测cod 的方法。该法基于用单扫描极谱法测定混合酸(h3 po4 - h2 so4 )消解体系中过量的cr6 + ,从而间接测定cod。混合酸消解回流时间只需15min。venkata等[ 17 ]使用示差脉冲阳极溶出伏安法(dpasv)进行电化学配位滴定确定有机金属络合物的络合能力,从而测定cod。

1.2.3化学发光法　根据重铬酸钾消解废水后其最终还原产物cr3 +浓度与cod值成正比关系,以及在碱性条件下, luminol - h2o2 - cr3 +体系产生很强的化学发光的原理,文献[ 18, 19 ]提出一种用光电二极管做检测器测定水体化学需氧量的新方法。

1.2.4紫外吸收光谱法　紫外吸收光谱法是通过测量水样中有机物的紫外吸收光谱(一般用254nm波长) ,直接测定cod。已有工作表明,不少有机物在紫外光谱区有很强的吸收,在一定的条件下有机物的吸光度与cod 有相关性,利用这种相关性可直接测定cod。这种方法不像cod、总有机碳( toc)方法那样明确,但在特定水体中有极高的相关性,也能真实反映有机物含量。基于紫外吸收原理测定cod 的仪器已有生产。这类方法均不需添加任何试剂、无二次污染、快速简单,但前提条件是水质组成必须相对稳定。此方法在日本已是标准方法,但在欧美各国尚未推广应用,在我国尚需开展相关的研究。

2　自动在线分析技术

流动分析( fa)用于水样cod的测定可将样品消解和测定实现一体化,留学生论文使整个过程实现在线化、自动化。korinaga[ 20 ]提出以ce ( so4 ) 2 为氧化剂,采用空气整段间隔连续流动分析法对环境水样中的cod进行测定,采样频率达90次/h,但需特制的阀,且管长达18m。陈晓青等[ 21 ]提出测定cod的流动注射停流法,系统以微机控制蠕动泵的启停,并记录分光光度计检测到的信号。由于停流技术的引入,解决了慢反应中样品的过度分散问题。

cuesta等[ 22 ]提出cod的微波消解火焰原子吸收光谱- 流动注射分析法。用微波加热消解样品,未被样品中有机物质还原的cr6 +保留在阴离子交换树脂上, cr6 +经洗脱后用火焰原子吸收光谱法测定。这种方法在检测中没有基体效应的影响。

尽管流动注射分析的优势突出,但仍免不了传统加热方式。为了提高在线消解效率,不得不加长反应管或采用停留技术,这又导致分析周期延长或低的采样频率。医学论文微波在线消解效果虽好,但去除产生的气泡使流路结构复杂化。但德忠等[ 23 ]将流动注射和紫外光氧化技术引入高锰酸盐指数的测定中,建立了紫外光催化氧化分光光度法测定高锰酸盐指数的流动分析体系,并对多种标准物质(葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾、草酸钠等)进行了研究,反应仅需约115min,回收率8310%～11110%,检测限为016mg/l。用此方法成功测定了cod质控标准(qcspex - pem - wp)和英格兰普利茅斯tamar河水样品。

yoon - chang[ 24 ]将光催化剂二氧化钛铺助紫外光消解与流动分析技术联用测定化学耗氧量,获得了好的相关性。李保新等[ 25 ]把化学发光系统和流动分析法结合测定高锰酸盐指数,有机物在室温条件下发生化学氧化反应, kmno4 还原为mn2 +并吸附在强酸性阳离子交换树脂微型柱上,同时过量的mno-

4 通过微型柱废弃。吸附在微型

柱上的mn2 + 被洗脱出来使用h2o2 发光体系检测。若换用职称论文重铬酸钟氧化剂,在酸性条件下,重铬酸钾还原生成的cr ( ⅲ)催化luminol - h2o2 体系产生强的化学发光可测定cod。该方法已用于地表水样cod的测定。

基于流动技术,综合电化学技术、现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术、现代光机电技术研制的cod 在线监测仪,一般包括进样系统、反应系统、检测系统、控制系统四部分。进样系统由输液泵、定量管、电磁阀、管路、接口等组成,完成对水样的采集、输送、试剂混合、废液排除及反应室清洗等功能;反应系统主要有加热单元或(和)反应室,完成水样的消解和的反应;检测系统包括单片机(或工控机) 、时序控制和数据处理软件、键盘和显示屏等,完成在线全过程的控制、数据采集与处理、显示、储存及打印输 参考文献:

[ 1 ] 杨娅,艾仕云,李嘉庆等. 用mnso4 - ce ( so4 ) 2 协同催化快速测定cod的研究[ j ]. 重庆环境科学, 2003, 25(11) : 30 - 31.

[ 2 ] ramon ramon, francisco valero ,manuel del valle. rapid determination of chemical oxygen demand [ j ]. analy tica chim ica acta, 2003, 491: 9 - 109.

[ 3 ] 但德忠,杨先锋,王方强,等. cod测定的新方法- 微波消解法[ j ]. 理化检验- 化学分册, 1997, 33 ( 3) :135 - 136.

[ 4 ] 但德忠,分析测试中的现代微波制样技术[m ]. 成都:四川大学出版社, 2003年.

[ 5 ] antoniocanals,m. del remedio hernandez. ultrasound- assisted method for determination of chemical oxygen demand [ j ]. analy tical and b ioanalyical chem istry ,2002, 374 (6) : 1132 - 1140

第6篇：微波反应的基本原理范文

关键词：锌浸出渣，微波干燥，湿基含水率，响应曲面

 

前 言

湿法锌炼金常规工艺产出的酸浸渣，均都采用回转窑或烟化炉处理。酸浸渣经过滤后，含水率约为22~30%，不能直接进行生产，在进行烟化处理之前需进行干燥，将含水率降低至12%以下[1, 2]。针对酸浸渣干燥，目前主要采用的工艺及设备为日光干燥、气流干燥、流态化干燥等常规热力干燥方法。日光干燥速率小、时间长，导致干燥效率低、堆场压力大。气流干燥和流态化干燥属于热介质干燥，传热方向与水分扩散方向相反，反方向的温度梯度降低了传质速率 [3]。工厂本身的废热余热并不能完全满足干燥需求，需建立庞大的过热蒸汽发生器，带来新的环境污染和产能损失。因此探索锌浸出渣的干燥工艺对促进节能减排具有重要的现实意义。

本文通过对不同功率及物料量下的锌浸出渣的脱水率进行了研究，采用响应曲面法（RSM）对微波辐射时间、物料质量和微波功率等条件进行优化，分析得出最佳工艺条件为以及此条件下的含水率预测值，并采用平行实验对最佳工艺条件进行的验证。

1 实验准备实验所用的酸浸渣为云南省云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖锌厂厢式压滤机所产的滤饼。采用烘箱烘干法对原料的初始湿基含水率进行了测定。得出原料的平均初始含水率为23.15%。论文格式，湿基含水率。。实验在自制的微波干燥设备中进行，额定功率0-700W，频率2450MHz。

2实验结果及讨论2.1微波功率对含水率的影响分别取200g锌浸出渣，在119W、231W、385W、539W、700W功率条件下，将物料放入微波炉进行干燥，每1min取出一次，迅速称量，时间控制在10S以内，继续放入微波炉中进行干燥。不同功率下物料的湿基含水率变化的曲线如图1所示。

图1 不同功率条件下湿基含水率变化曲线

Figure 1. Effect of microwave power on themoisture content (w.b)

从图1可以看出微波功率对干燥效果的影响非常显著，700W及539W下脱湿基含水率变化曲线与其他三条曲线差别较大，在3min时就能达到10%。论文格式，湿基含水率。。在119W功率条件下，湿基含水率变化缓慢，在12min后才能含水率从23.16%下降到22.3%；700W功率条件下，容易使物料出现局部温度过高，发生烧焦、冒烟现象。119、231、385、539、700W五个功率条件下，锌浸出渣湿基含水率降低至10%以下所需微波干燥时间分别为38、12、7、5、5min。

2.2物料量对含水率的影响在539W的微波功率条件下，分别将100g、150g 、200g、250g、300g、350g锌浸出渣的湿基含水率变化的曲线如图2所示。

图2 不同的物料量条件下湿基含水率的变化曲线

Figure 2. Effect of sample mass on the moisturecontent (w.b)

从图2可以看出，质量对脱水率的影响显著。不同质量的脱水率变化趋势均为由平缓→剧烈→平缓，100、150、200、250、300、350g六个物料量条件下锌浸出渣湿基含水率降低至10%以下所需微波干燥时间分别为3、4、5、6、7、8 min。论文格式，湿基含水率。。

2.3响应面法优化实验设计综合考虑单因子实验结果，根据中心组合设计原理，采用响应面法在三因素4水平上对微波干燥锌浸出渣工艺条件进行了优化。

对实验数据进行拟合回归，以含水率（Y）为因变量，物料质量（A）,微波功率（B）,时间（C）为自变量建立回归方程为：

Y =16.34+3.81A－4.73B－2.07C+2.09AB+0.49AC－0.68BC－0.97A2－0.67B2+0.034C2

回归方程的可信度分析见表1，其中R2=94.75%,表明94.75%的实验数据可用该模型进行解释，说明方程的可靠性较高。

表1 回归方程可信度分析

Table.1. Reliability of regression equation

第7篇：微波反应的基本原理范文

【关键词】微带 圆极化 馈电网络

一、背景

近年来，全球卫星导航系统（GNSS）在国家安全、经济及社 会发展中的作用非常显著，世界上各主要大国都竞相发展独立自主的卫星导航定位系统，几乎所有的卫星导航系统都进入了高速发展阶段。由于圆极化天线具有接收效率高、抗多径反射、抗干扰等优点，在卫星导航系统中得到了广泛应用。本文结合研究项目，对微带天线的圆极化技术、多频技术进行了深入的研究，并在此基础 上设计了三款多频卫星导航终端天线。根据单馈法实现圆极化的工作原理，并利用双层贴片叠层设计完成了一款支持北斗L/S频段的双频导航终端天线，此款天线可用于实现北斗系统的短报文通信和定位功能。使用带威尔金森功分器的双馈网络，实现天线的圆极化技术性能，成功研制了一款工作于车载系统中的三频导航终端天线。

二、微带天线的理论基础

微带天线的概念首先是在 1953 年提出来的，微带天线是辐射贴片敷在不同介电常数的介质基板上，且介质基板的厚度远小于微带天线工作波长。微带天线的介质基板底层敷以金属薄膜，作为微带天线的地板。微带天线具有高性能、小型化、易于设计等优点，使微带天线广泛应用于卫星导航和个人无线通信当中。

微带天线的带宽是指微带天线在接收卫星信号时，能够在接收频率的变化内，天线的各项指标在合理变化。天线的带宽是指天线满足一定电性能指标的工作频段范围。

三、微带天线圆极化的性质

沿波的传播方向上看去，波的瞬时电场矢量的端点轨迹构成一个圆，具有这样的瞬时电场分量的波称之为圆极化波，由于轨迹是圆，那么也可知瞬时电场的幅度相同。左旋圆极化波是指瞬时电场矢量的端点轨迹依据左手螺旋的方向旋转。

右旋圆极化波是指瞬时电场矢量的端点轨迹依据右手螺旋的方向旋转。圆极化波具有以下重要性质：

1.任意的圆极化波都能分解为两个时间上和空间上幅度相同，相位差 90°方向正交的线极化波。

2.任意极化波都能用两个圆极化波来合成，且它们的旋向相反，例如，两个旋向相反、振幅相等的圆极化波能合成线极化波。这也表明圆极化波能够接收任意非圆极化的来波，反之，任意极化的天线可以接收圆极化辐射来波。这也正是在线极化的标签天线摆放位置不定的情况下，读写器需要实现圆极化工作的原因。

3.圆极化天线具有旋向正交性，即左旋圆极化波和右旋圆极化波具有互斥性，根据发射和接收天线之间的互易定理，辐射左旋圆极化波的天线只能接受左旋圆极化波而不接收右旋圆极化波，反之也一样。

4.当圆极化波遇到对称目标时，反射波与入射波的旋向相反。

四、馈电网络的选择

本次选择采用双馈电网络，双馈电网络的设计把一个圆极化波都可以分解为两个在空间上和时间上都正交的、等幅的线极化波，通过在辐射单元上施加两个幅度相等、相位相差90°，并且在空间上正交的线极化电场分量形成圆极化波。双馈电点激励可以抑制极化波交叉极化，所以驻波要比单馈电点天线有明显的提高，特别是阻抗特性会比单馈电点微带天线有很大提高。

双馈电点微带天线设计需要馈电网络来与两个激励相连接。在常见的设计中双馈电点微带天线的馈电网络包括威尔金森功分器、桥式电路、T 型功分器等形式，其中威尔金森功分器可以把一路输入信号的能量分成两路相等能量，因此选择威尔金森功分器作为双馈电点微带天线的馈电网络。

五、结论

由于卫星信号的脆弱性，极易受到空间噪声干扰、有意或是无意干扰等，尤其是在军事领域，卫星导航系统抗干扰成为研究热点。具有抗干扰性能的微带天线逐渐得到重视，它对整个系统抗干扰性能发挥着很大的作用。所以，具有一定能力的抗干扰的微带天线是未来卫星导航系统中天线的发展趋势。

本论文主要完成了以下工作：

1）分析了国内外卫星导航系统的历史和发展趋势，特别是在军事领域卫星导航系统的重要性。阐述了抗干扰阵列中天线阵元的布局和微带天线性能对阵列抗干扰性能的关系，以及抗干扰微带天线研究的意义和价值。

2）详细阐述微带天线的分析方法和辐射机理，并对微带天线各性能指标做了深入的分析，对微带天线设计起到理论指导作用。并介绍了高合介质材料在微带天线中的应用现状，对今后设计者将复合介电常数材料用于制作小型化微带天线有一定的借鉴作用。

3）根据抗干扰阵列指标要求，需要设计一款能够兼容接收北斗-B1 和 GPS-L1两个不同频率段的微带天线。根据馈电点的不同方式，设计了一款单馈电点的微带天线和一款附有馈电网络的微带天线。通过对各方面因素进行衡量，最终选取单馈点微带天线作为设计方案。

4）完成微带天线加工制造之后，对微带天线进行了修正与调测。对微带天线进行了不同的环境试验。最后对微带天线进行实际环境的接收卫星实验，实现的定位要求，并能交付使用。

由于能力有限还有很多东西未能够展开：

1）对微带天线的馈电点位置进行不同形式的设计，减少天线阵元之间的互耦影响。在抗干扰阵列进行技术创新，以提高模块的抗干扰性能。

第8篇：微波反应的基本原理范文

关键词：微波技术；高分子材料；加工

一、引言

人们的日常生活中常使用微波炉，这种电器设备具有较快的热效率，能够快速加热食物，并且不会流失营养成分。而这种电器正是运用了微波技术，除了在食品领域，该项技术还在其他领域中有着广泛的应用，并取得了理想的效果。以高分子材料加工中对微波技术的应用威力，相较于传统加工技术，微波加热的速率更快，并且基于脉冲技术的支持，能够实现对温度的有效控制。其次，微波加热不会存在热滞后反应，材料能够直接吸收微波，不会通过容器传导而导致能量流失；此外，微波加热的热梯度非常小，具有较强的穿透能力，加热的均匀度也相对理想。对于高分子材料而言，通过微波技术的应用，可以使其性能得到改善，达到理想状态。

二、基本原理与影响因素

就本质而言，微波加热的特点就在于介电位移或材料内部不同电荷的极化以及这种极化不具备迅速跟上交变电场的能力。在高频条件下，与电场相比，极化具有滞后性，并且其阐述的电流与电场同相位的分量存在差别，如此一来就会使材料内部功率散耗。

对于电场强度固定的电磁场而言，材料吸收的微博能与电磁辐射的频率，材料的介电损耗与电场强度之间的关系可以通过下式来表示：

其中P代表单位体积材料吸收的微波功率，K为一常数，f为频率，E为电场强度，[ε']表示介电常数，[tanδ]表示电损耗角正切。

根据（1）式，可以发现在电场强度或材料介电性质发生变化的情况下，材料吸收的微波也随之得到改变，然而大部分高分子材料具有非常小的介电损耗因数，一般情况下微波材料能够透过材料而不产生耗散。

如果加热速率受反应热的影响不予考虑，那么可以用下式来表示加热速率与材料吸收微波能量的关系：

其中[dTdt]表示加热速率，[ρ]表示材料密度，[CV]表示材料的定容比热。

从中不难发现，高分子材料的介电行为在很大程度上决定了加热速率。需要注意的是，[ε'']与温度有着密切联系，因此材料介电行为的函数与温度有关。

三、微波设备

在高分子材料加工中，微波的应用效率以及材料性能在很大程度上取决于微波设备。

现阶段，在实验中有着广泛应用的微波设备主要为商品化的多模式微波炉。这种设备属于多波设备，因此其温度控制难度较大，无法获取需要的加热曲线，在这种设备的应用下，产品性能的均匀性要求往往无法得到满足。其次，微波行波加热器则是基于矩形波导或圆波导产生行波，在设备中微波能会被物料吸收，进而实现加热。对于具有较大介电损耗因数的单位长度材料而言，这种设备具有较强的适用性，而其他材料并不适合这一设备。从上述两种设备的缺陷描述不难发现，微波设备的研究与开发势在必行。

在设备开发的过程中，微波发生器设计具有重要意义，这是提高微博能利用率的有效途径。美国研究人员针对一种间歇加工聚合物材料的单模可调谐振腔进行了开发，这种设备材料主要有金属铜或铝的圆波导，两端采用的金属短路相同，具体如下图所示。

根据上述高分子材料加工中应用的微波设备，不难发现谐振腔具有更强的适用性，该设备能够将微波能耦合进材料，并且现阶段在厚件复合材料的加工中也取得了成功。

自单模可调谐振腔诞生之后，又有更加先进的微波加工系统涌现出来，也就是计算机辅助微波加工系统与计算机控制脉冲微波加工系统。其中计算机控制脉冲微波加工系统可以基于功率输出开关的脉冲，在选定值范围内控制样品温度，与此同时，在反应过程中，该设备还可以对介电损耗因数变化进行检测。

四、研究进展及问题

总而言之，相较于传统加热，微波辐射的特点与优势非常突出，对于高分子材料加工领域的发展而言有着十分重要的影响与作用。再加上近年来相关研究人员围绕微波加工材料性能展开深入研究，并构建起聚合物结构与微波吸收特性的关系，显然在理论层面上为微波技术在高分子材料加工领域中的进一步运用提供了强有力的支持。当然不可否认的是，在聚合物材料加工中，微波技术的应用依然面临着一些困难与阻碍，例如目前相关人员并没有全面了解微波加热的影响因素。很多研究人员开始围绕分子结构与微波加工系统展开设计，希望通过此推动微波技术的应用与发展。在基础理论知识不断增长的背景下，相信在未来加工设计中，微波技术的经济效益将会得到全面提升，为工业的发展提供强有力的支持。此外，加工安全性、设备问题以及加工规模等也是微波技术在应用实践中需要考虑的问题。作为研究人员，必须围绕这些因素予以综合考虑，并采取相应的改进方法，促使高分子材料加工领域中微波技术的价值与作用得到充分发挥。

参考文献：

[1]何德林，王锡臣.微波技术在聚合反应中的应用研究进展[J].高分子材料科学与工程，2001，17（1）：20-25.

[2]张忠海，李建波，袁伟忠等.微波技术在生物可降解聚合物合成中的研究进展[J].高分子通报，2010，（6）：47-52.

第9篇：微波反应的基本原理范文

论文摘要：中国传统风水学几千年来能传世于今，一定有它的科学原理。现代电磁学可能是中国传统风水学的基本原理：现代声光电磁的相互转换学可能是中国传统风水学的辅助原理。风水的好坏随着山川自然或人工环境的变迁而变迁。猜想如能被科学证实将对人类产生重大影响：既能大大开发人类的智力潜能，使人人都变得异常聪明：又能大大增强人类的健康程度并延年益寿。

中国传统风水学从它诞生之日起．一直存在着两种截然不同甚至完全相反的看法：信者认为它源于《易经》，而《易经》是古人对自然现象的科学总结。因而它有着一定的科学依据：否认者则认为它主观臆造是愚弄人的。没有科学依据，纯属迷信。但是，我们应看到，中国传统风水学伴随着《易经》诞生以来，能流传到已进入IT信息时代科学高度发达的今天，仍有着广阔的市场．特别是在建筑领域。还得到越来越多人的青睐并专门研究加以应用．在一些地区尤其象香港这样开放、文明的世界金融中心，更是处处存留着风水学的痕迹。这是为什么?其中的道理令人深思。哲学家黑格尔有句名言：存在即合理，并在他所著的《法哲学》以及《小逻辑》中具体解释为“凡是合乎理性的东西都是现实的．凡是现实的东西都是合乎理性的”．意指“所有客观存在的事物都有其合理的因果定律”。马克思主义哲学的基本观点之一就是存在决定意识。并在其认识论中强调意识来源于物质、认识来源于实践。能长期流传的客观实际和哲人的理论从实践和认识两个方面都说明．中国传统风水学可能有其科学依据和应用价值。

那么，这种科学依据究竟是什么呢?不管前人是否探索过这个问题．还是有人做过探索而不愿或不敢发乎于文章并公诸于世．本文试图从现代相关科学原理的角度做一尝试性的猜想和探索．愿求教于研究风水学的方家和爱好者。

一、现代电磁学可能是中国传统风水学的基本原理

地球物理学告诉我们，整个地球都存在着微电磁场。换言之．地球就是一个微电磁场球体。那么。它到处都存在着微电磁波相应的地球各个组成部分即它的每一个角落都同样带有微电磁场和微电磁波。而人以地球为活动载体和场所．同样可以看成是地球的一个组成部分．也同样带有微电磁场和微电磁波。人通过大脑经过经络来指挥各个部分即器官．就是通过微电磁波的运动来完成的。马克思主义哲学告诉我们。整体和部分之间存在着内在的因果联系．并以这种因果联系为纽带进行着有规律的相互运动。这种运动无非产生三种结果：一是正结果。即积极的结果。达到相互促进共同提高的目的；二是负结果。即消极的结果。相互之间的能量抵消，最后导致能量小的一方完全消失．能量大的一方也产生了一定或者较大的损耗：三是相互之间的联系不紧密，不产生相互运动既得不到正结果，又没有负结果。事实上第三种结果是极其少见的。大多表现为前两种变化。同样，整体中各个部分之间也依一定的规律进行着相互运动．其结果与上述三种结果完全相同。

中国传统风水学在选择所谓的风水宝地的时候．讲的无非是两条：一是场地的勘选，二是方向的测定。

1、 场地的勘选：

首先。阳宅即宅基地的选择。宅基地作为地球的一部分．照样存在着微电磁场并在不间断地发射着微电磁波。所选宅基地的主人一家也是地球的一部分．也携带着微电磁场和在不间断地发射微电磁波。若风水先生选择宅基地的微电磁场及其所发射的微电磁波．与长期居住在此的主人一家所携带的微电磁场和微电磁波进行长期的相互运动作用．无非产生两种结果，一种是良好的正结果．它又可分三种情形：一是宅基地的微电磁场和微电磁波与主人一家所携带的微电磁场和微电磁波完全相同，则形成同频共振．增大振动波幅，高强度的刺激脑细胞进行大视野、大角度、全方位、深层次的运动，从而使之想问题办事情都能高屋建瓴、英雄大气，成就事业。二是增强能量即宅基地的微电磁场和微电磁波象各发电厂发的电直接输送到电网增加了电网能量一样．直接增加到主人身上．增强了主人一家的微电磁波能量，促使主人一家思维方向正确、思维过程活跃，学有成果，事有成就。三是顺畅回路。大家知道，电路必须经过用电装置并组成闭合回路，电流才能顺畅通过，否则，发生阻滞，不能通电达到做功的目的即是说主人一家的微电磁场和微电磁波在宅基地的微电磁场和微电磁波的正作用下．使其微电磁波的回路更加完善完美．在其更为强大的微电磁场中，达到毫无阻滞的非常顺畅的程度．从而使主人一家脑细胞更加活跃。使之什么问题想得通。什么功夫学得精，什么事情成得功。在这三种正作用下．主人一家之人在加强了能量的微电磁波作用下．除脑细胞异常活跃外．还使促进人体生长和智力增长的荷尔蒙大量分泌且异常活跃。使主人一家身康体健。智力超群。试想，身康体健智力超群的人若想做什么事能不事半功倍．心想事成吗?想发家，则儿娶如意媳妇，女嫁乘龙快婿，长者健康高寿，儿孙聪慧满堂。天伦之乐无穷；意求财，则生意兴隆，日进斗金，财源茂盛如滚滚江河。终成东海富翁；欲入仕，则一帆风顺，马到成功，步步高升，甚至出将人相。

反之．如果阳宅所选地的微电磁场和微电磁波与宅主一家人的微电磁场和微电磁波相互作用产生的结果是负结果。那么可想而知，其结果是宅主一家人各自所携带的微电磁场和微电磁波不但得不到增强．反而产生不问断的损耗．致使脑细胞发育减慢严重的甚至会产生停滞现象．导致智商不高甚至是弱智或智力残缺等等，同时阻滞体内荷尔蒙的分泌．影响身体发育。其结果将酿成宅主一家身体和智力皆发育不良．想做什么事都难免力不从心一事无成，给社会制造愚昧和贫困的细胞。

其次．阴宅即逝者坟地的选择。它同理于阳宅的选择。但有一个关节的转换。即逝者虽已死去。但其作为物质体仍然是客观存在，仍然是大自然的一个部分。它也仍然带有微电磁场和微电磁波．只是与其生前在强弱的问题上有所区别其所带的微电磁场和微电磁波在频率和波幅上仍然可能同其健在的家人相同或相近。他们仍以某种形式在与家人联系。这也就是我们常说的亲人间的心灵感应这种心灵感应其实就是亲人间专向电台式的发射和接收电磁波的过程如果逝者坟地的微电磁场和微电磁波在频率和波幅上同死者相同或极其接近．那么同样加强了逝者的微电磁场和微电磁波。当逝者被加强了的微电磁场和微电磁波．通过某种方式和途径被其家人这台“收音机”或“电视机”接收．则会在身心两个方面促进其家人健康成长，其理同前。反之亦同前述。

2、方向的测定：

现代无线电知识告诉我们：电磁波的发射和接收都具有一定的方向性。收音机对准了电磁波的发射方向，接收的电磁波就纯正，声音就清晰、好听，质量高，没杂音；如果方向不对，就会有干扰。出现杂音大。正音小，既难听，又听不清楚。电台收发报，更是要架设好接收天线，而接收天线又必须对准方向。方能收得最好效果；如果方向偏离，就达不到最佳收发报的目的。同样。所选择的阳宅或阴宅的场基地，在修建房屋或下葬棺椁时。方向选择正确。则微电磁场和微电磁波接收顺畅，毫无阻滞，加强了主人一家的微电磁场和微电磁波，促使其身心健康。如果方向不对．主人一家或者接收不到或者所接收到的微电磁场和微电磁波尽是“杂音”．前者使主人一家人身、事业平平．后者便有可能导致影响身心健康出现偏差或者错乱．于人身或事业不利。这就是风水学里面为什么要选择或规避某个方向的原由。

二、现代声光电磁的相互转换学可能是中国传统风水学的辅助原理

现代科学告诉我们．声光电磁在一定的条件下会互相转换。录音机通过电的作用将声音录在磁带上。光碟机通过电的作用将声音刻录在光碟上．又都可以将其复原为声音。笔者放过电影．电影胶片上的声带通过光将其照射到光电管．光电管将其转换为微电波信号。再通过扩音机放大经喇叭里的音膜转换为清晰的声音。这其中的原理就是声光电磁的相互转换。这些规律在大自然中。都天然存在。大自然的声光．都能通过相互转换对大自然中的微电磁产生不同的影响．只是我们还没有掌握其自然转换的规律。风水学中场地的选择。为什么都讲究光照这个因素，可能就基于这个原理。因为光照好的地方．光照时间长，受光程度强，能通过光照转换出更多更强的微电磁场和微电磁波，以利于场地主人。如光照一般或较差．则不能加强甚至减弱微电磁场和微电磁波．结果会无助于或有害于场地主人。有的风水学家在选择场地时．还兼顾到声音所产生的影响．其实也就是考虑到声音对微电磁场和微电磁波的转换对主人所产生的正、负影响。

三、风水的好坏随着山川自然或人工环境的变迁而变迁

风水学既然是客观存在。那么它也将遵循客观事物变化的一般规律。大自然中的微电磁场和微电磁波．也将随着大自然的变化而变化。就象丰水期多发电枯水期少发电、建了电站能发电而毁了电站就不能产生电一样。山川的重大自然变化如地震、海啸、火山喷发等等，人工环境变化如水库电站、铁道公路、新兴城市的修建等等都可能不仅改变微电磁场和微电磁波的总体构成．也将导致大自然中各个部分微电磁场和微电磁波的强弱变化原来强的可能变弱了．原来弱的可能变强了。也就导致主人一家接收这种微电磁场和微电磁波的强弱程度产生变化，主使着主人一家运气好环的变迁。原来好的可能变差了，原来差的可能变好了。另外，阴宅坟地随着墓主人尸骨的逐渐消失也将慢慢减弱与其家人微电磁波的联系．直至完全消失。故阴宅的风水最多只能影响二至三代，其后将不会再有影响。从而也就有了“强不过三代、弱不过三代”的中国俗语。

四、猜想如能被科学证实将对人类产生重大影响

上述基于现代科学的中国风水学科学原理的基本猜想如果成立并能得到证实．那将会对人类本身产生重大影响。

一是能大大开发人类的智力潜能．使人人都变得异常聪明。

现代科学研究告诉我们．人类的大脑被开发出来的智力只占应有智力的不到20％．尚有80％的智力有待开发。我国的科学大师钱学森也说过：“我觉得传递知识比较好办，而启发智力比较难，尚无科学的方法，还有待于思维科学的研究与成果”既然当存在于地球之中的微电磁对人的微电磁能产生正作用进而提高人的智力．那么．我们自然科学下一步的任务就是如何测定人们的微电磁场和微电磁波．并研究出哪些微电磁场和微电磁波有益于人类智力。哪些有害于人类智力。比如现在大家都知道的手机的电磁辐射对人的大脑就会产生有害影响．应当避免只要我们通过研究掌握了哪些频段和波幅的微电磁场和微电磁波对人的智力是有益的。只要我们研究出能测定地球局部微电磁场和微电磁波的仪器．以及声光电磁的转换规律．那么我们就可以用这种仪器来测定从而规避有害的、选择有利于智力开发的屋场和阴宅：尤其是当信息科学发展到今天．我们完全可以根据每一个人的微电磁场的强度、微电磁波的频率和波幅。发明制造一种微电磁电子仪器。使其能与之对接并产生强大的正作用．从而使人人都处于有利于人类智力开发的微电磁场和微电磁波的发射和接收的顺畅的闭合回路之中．激活每一个人大脑中的全部或大部脑细胞．使每一个人的大脑智力全部或大部开发出来．让每一个人都变得无比聪明，从而真正促进人的全面发展。推动社会的全面进步。

二是能大大增强人类的健康程度并延年益寿。