微波技术研究

微波是指波长为Im～O.lmm的电磁波，其相应的频率范围是300MHz～3000GHz。家用微波炉使用的频率都是2450MHz，915 MHz的频率主要用于工业加热。目前人们在许多化学领域（如无机、有机、高分子、金属有机、材料化学等）运用微波技术进行了很多的研究，

取得了显著的效果。实验表明极性分子溶剂（水、醇类、羧酸类）吸收微波能而被快速加热，而非极性分子（正己烷、正庚烷和CCl4）溶剂几乎不吸收微波能，升温很小或几乎不升温。再如有些固体物质能强烈吸收微波而迅速被加热升温，如25g C0203样品采用lkW功率(2450MHz)，3min可以升温至1290℃，Ni0、Cu0、Fe304、V205、炭黑也同样会升值较高温度；像FeCl3、Ca0、Ce02、Fe203、Ti02、La203等几乎不能吸收徽波能，升温幅度很小。在相同条件下FeCl，加热4min只能升到41℃。微波加热大体上可认为是介电加热效应。

描述材料介电性质的有两个重要参数：介电常数占，和介电损耗s”。为介电常数，描述分子被电场极化的能力，也可以认为是样品阻止微波能通过能力的量度。占”为介电损耗，是电磁辐射转变为热量的效率的量度。在给定频率和温度下，一种物质把电磁能转变成热能的能力用tan（也称介电耗散因子）来表示，tan8=E，。因此微波加热机制部分地取决于样品的介电耗散因子tan8大小。

当微波能进入样品时，样品的耗散因子决定了样品吸收能量的速率。可透射微波的材料（如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等）或是非极性介质由于微波可完全透过，故材料不吸收微波能而发热很少或不发热，这是由于这些材料的分子较大，在交变微波场中不能旋转所致；

金属材料可反射微波，其吸收的微波能为零；吸收微波能的物质，其耗散因子是一个确定值。因为微波能通过样品时很快被样品吸收和耗散，样品的耗散因子越大，给定频率的微波能穿透越小。介电加热效应与材料的极化有关，在外电场的作用下分子产生极化：电子相对于原子核移动和原子核之间的微小移动，产生变形极化，用a。和a。两项来衡量。

变形极化与温度无关。偶极极化率a。：极性分子具有永久偶极矩，但由于分子的热运动，偶极矩指向各个方向的机会相同，所以偶极矩的统计值为零，若将极性分子置于外电场中，极性分子在电场作用下总是趋向电场方向排列，这时我们称这些分子被极化，极化的程度可用偶极极化量，a。=U2/3kT,即a。与偶极矩∥2值成正比，与绝对温度T成反比。界面极化率aj：对于非均相体系，外电场对相界面电荷极化，而产生的界面极化效应（即MaxwelWagner效应），用界面极化率口，来衡量。由于外电场是交变场，极性分子的极化情况则与交变场的频率有关。偶极的松弛时间与微波频率范围下电场交变时间大致相同。如果交变场的频率比微波频率高（如红外和可见紫外频率），则极性分子的转向运动跟不上电场的变化，不能产生偶极极化，只能产生原子极化和电子极化。

原子极化和电子极化对微波介电加热贡献很小。茌微波介电加热效应中，主要起作用的是偶极极化和界面极化。在电场作用下，具有永久或诱导偶极矩的样品中的分子，可发生偶极子转动、振动或摆动。大多数民用微波炉的微波频率为2450MHz，即电场方向每秒钟变化2.45xl09次，所以外加微波场引起分子转动在一个方向上只平均停留非常短的时间，而后分子又转向另一个方向，这样由于受到分子热运动及相邻分子间相互作用的干扰和阻力，瞬时分子间发生类似摩擦作用而产生热效应，另外由于偶极子转动滞后于电场的改变，分子还会从电场吸收能量，这样使物体被加热。Yang-Kook Sun小组‘91采用微波法合成了Li[Ni0.4Co。：Mrr0.4] 02材料，他们认为，相对于传统的方法，微波合成法有许多优点，如产品的一致性和较短的反应时间。

他们采用共沉淀方法制备了球形[Ni0.4Co。：Mrr0.4] (OH)，前驱体，将前驱体与LiOH混合，采用频率为2.45GHz1200W微波辐射样品，研究了不同的时间(2～20min)和温度(700 0C、800 0C、900℃)对材料性能的影响。研究结果表明，加热时间和温度强烈影响产物的形貌和结构。采用800'ClOmin合成的产物具有晟好的电化学性能，倍率性能和容量都优于其他条件下合成的样品。与高温固相合成法相比，由微波法在800℃lOmin制备的Li[Ni0.4Co。：Mn0.4]0：材料的容量保持率和热稳定性与之相似。