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1、,蘭州大學(xué)物理學(xué)院,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,蘭州大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,LOGO,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,微波加熱合成,微波加熱合成,匯報提綱,微波加熱原理,1,2,3,微波加熱優(yōu)缺點,微波加熱的應(yīng)用,微波,微波加熱合成,微波,是一種頻率為,300MHZ300GHZ,的電磁波，沿直線傳播,，,遇到,金屬材料,時能反射，遇到玻璃、塑料、陶瓷等,絕緣材料,可以穿透，在遇到含有,水分,的蛋白質(zhì)、脂肪等介質(zhì)可被吸收，并將微波的,電磁能量變?yōu)闊崮?。,微波的頻段雖然很寬，但是真正用于微波

2、加熱的頻段卻很窄，主要原因是防止對微波通訊造成干擾。國際上，家用微波爐有915MHz和2450MHz兩個頻率,，,2450MHz,用于家庭烹調(diào)炊具,，,915MHz,用于干燥、消毒等工業(yè),、,醫(yī)療行業(yè)等。,微波的特性,微波加熱合成,選擇性加熱,物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其,介質(zhì)損耗因數(shù),來決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的物質(zhì)對微波的吸收能力就強，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點。物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。,水分子,屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)損耗因數(shù)也很大，對微波具有強吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常數(shù)相對較小，

3、其對微波的吸收能力比水小得多。因此，對于食品來說，含水量的多少對微波加熱效果影響很大。,微波的特性,微波加熱合成,穿透性,微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導(dǎo)時間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時，物料內(nèi)外加熱均勻一致。,微波的特性,微波加熱合成,熱慣性小,微波對介質(zhì)材料是瞬時加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功率隨時可調(diào)，介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動控制和連續(xù)化

4、生產(chǎn)的需要。,微波的生物效應(yīng)機制,當(dāng)微波作用于生物體時，在生物控制系統(tǒng)的作用和調(diào)節(jié)下，生物體必然要建立新的平衡狀態(tài)以適應(yīng)外界電磁環(huán)境條件的變化，因此產(chǎn)生某些生物效應(yīng),，可應(yīng)用于,微波診斷、微波治療、微波解凍、微波解毒和微波殺菌等。,微波爐,微波加熱合成,1946 年，Raytheon公司,的,Percy Spencer在一個啟動的雷達設(shè)備上工作時，突然發(fā)覺自己放在口袋里的巧克力融化了。經(jīng),過,思索和研究，,他,發(fā)現(xiàn)巧克力是被微波所溶化。事實證明，微波幅射能引起食物內(nèi)部的分子振動，從而產(chǎn)生熱量。,1947 年，第一臺微波爐問世。但大家用微波來煮飯燒菜還是最近,十,幾年的事。,微波很有“個性”：碰

5、到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒有辦法吸收或傳導(dǎo)它；可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但不會消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透過，其能量反而會被吸收。微波爐正是利用微波的這些特性制作的。,微波爐,微波加熱合成,微波爐的外殼用不銹鋼等金屬材料制成，可以阻擋微波從爐內(nèi)逃出，以免影響人們的身體健康。裝食物的容器則用絕緣材料制成。微波爐的心臟是,磁控管,。這個叫磁控管的電子管是個,微波發(fā)生器,，它能產(chǎn)生每秒鐘振動頻率為,2,4.5 億次,的微波。這種肉眼看不見的微波，能穿透食物達,5cm 深,，并使食物中的水分子也隨之運動，劇烈的運動產(chǎn)生了大量的熱能，于是食物“煮”熟了。,磁控管,微波加熱合成,

6、磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件。實質(zhì)上是一個置于恒定磁場中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場的控制下，與高頻電磁場發(fā)生相互作用，把從恒定電場中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達到產(chǎn)生微波能的目的。,磁控管由管芯和磁鋼（或電磁鐵）組成。管芯的結(jié)構(gòu)包括陽極、陰極、能量輸出器和磁路系統(tǒng)等四部分。,微波爐加熱原理,微波加熱合成,直流電源提供微波發(fā)生器的磁控管所,需的直流功率，微波發(fā)生器產(chǎn)生一個交,替變化的電場，作用在處于微波加熱器,內(nèi)的被加熱物體上，被加熱物體內(nèi)的極,性分子因此隨外電場變化而擺動，又因,為分子本身的熱運動和相鄰分子之間的,相互作用，使分子隨電場變化而擺動的,規(guī)則受到了

7、阻礙和干擾，從而產(chǎn)生了類,似于摩擦的效應(yīng)，使一部分能量轉(zhuǎn)化為,分子雜亂運動的能量，使分子運動加劇，,從而被加熱物質(zhì)溫度迅速升高。,微波加熱特點,微波加熱合成,與傳統(tǒng)加熱方法不同，在微波加熱過程中，熱從材料內(nèi),部產(chǎn)生而不是從外部熱源吸收。所以被加熱物質(zhì)的溫度梯,度和熱流與傳統(tǒng)加熱方法中的相反，因此，被加熱物體不,受大小及形狀的限制，大小工件都能被加熱。,微波加熱特點,微波加熱合成,實驗表明極性分子溶劑吸收微波能而被快速加熱,，,非極性分子溶劑幾乎不吸收微波能，升溫很小。水、,醇類、羧酸類等極性溶劑都在微波作用下被迅速加,熱,，,有些已達到沸騰,，,而非極性溶劑幾乎不升溫。,微波加熱大體上可認(rèn)為是

8、介電加熱效應(yīng)。,微波加熱特點,微波加熱合成,微波加熱特點,微波加熱合成,影響微波加熱效果的因素,首先是微波加熱裝置的,輸出功率,和,耦合功率,，其次是材料的,內(nèi)部本征狀態(tài),。,微波加熱所用的頻率一般被限定為915MHz和2450MHz，微波裝置的輸出功率一般為5005000W，單模腔體的微波能量比較集中，輸出功率在1000W左右，對多模腔的加熱裝置，微波能量在較大范圍內(nèi)均勻分布，因而則需要更高的功率。,在指定的加熱裝置上，材料的微波吸收能力與材料的,介電常數(shù)和介電損耗,有關(guān)，真空的介電常數(shù)為1，水的介電常數(shù)大約為80，而多數(shù)陶瓷材料的室溫介電損耗一般比較小，所以對無機陶瓷材料的加熱，一般采用比

9、家用微波爐功率更大的微波源。,微波加熱特點,微波加熱合成,材料的介電損耗越大越容易加熱，但是許多材料的介電損耗是隨溫度變化的，圖10-4是氧化鋁在微波加熱時的介電損耗率的變化情況，圖上反映出在600開始急速增加，在1800附近達到室溫時的100倍以上，這暗示著微波加熱有一定“,起動溫度,”，達到這一溫度以上，材料對微波能的吸收迅速增加。這也就是為什么許多在室溫和低溫下不能被微波加熱的材料，在高溫下顯著吸收微波而升溫的原因。,匯報提綱,微波加熱原理,1,2,3,微波加熱優(yōu)缺點,微波加熱的應(yīng)用,微波加熱合成,微波加熱優(yōu)點,微波加熱合成,1.,加熱迅速，均勻。不需熱傳導(dǎo)過程，且具有自動熱平穩(wěn)性能，避

10、免過熱。,2.,加熱質(zhì)量高,。,營養(yǎng)破壞少，能最大限度的保持食物的色、香，味，減少食物中維生素的破壞。,3.,熱慣性小,。,介質(zhì)溫升可無惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于自動控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。,微波加熱優(yōu)點,微波加熱合成,4.,安全衛(wèi)生無污染,。,因為微波能是控制在金屬制成的加熱室內(nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波泄露被有效的抑制，沒有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染。,5.,節(jié)能高效。由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱，沒有經(jīng)過其他中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此除少量的傳輸損耗外幾乎無其他損耗。比一般常規(guī)加熱省電約30%50%。,微波加熱缺點,微波加熱合成,微波干燥的優(yōu)點固然

11、不可超越，但微波的缺點也確實給了生產(chǎn)商家和用戶一個嚴(yán)峻的考驗。,對于生產(chǎn)廠家，要嚴(yán)格控制好微波的磁場分布，以保證物料均勻加熱；設(shè)置溫控探頭，來防止加熱過程中出現(xiàn)“熱失控”；設(shè)置自動控溫裝置，使物料溫度控制在所需溫度段之內(nèi)；另外，還要選用合適的設(shè)備材質(zhì)，使物料既不與微波腔體反應(yīng)，又不會擊穿腔體。,對于用戶，則需選用純凈的物料，防止微波加熱過程中出現(xiàn)物料與雜質(zhì)反應(yīng)，造成物料污染。,微波加熱優(yōu)缺點對比,微波加熱合成,匯報提綱,微波加熱原理,1,2,3,微波加熱優(yōu)缺點,微波加熱的應(yīng)用,微波加熱合成,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,由于微波加熱技術(shù)具有許多常規(guī)加熱技術(shù)所不具備的優(yōu)點,國外從,20,世紀(jì),60

12、,年代起就將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于許多行業(yè),。,我國從,20,世紀(jì),70,年代開始研究并應(yīng)用微波加熱技術(shù),目前它已被廣泛應(yīng)用于紡織與印染、造紙與印刷、煙草、藥物和藥材、木材、皮革、陶瓷、煤炭、橡膠、化纖、化工產(chǎn)品、醫(yī)療等行業(yè),。,其應(yīng)用主要反映在微波加熱與解凍,微波改性,微波干燥,微波滅菌與殺蟲等方面,。,在,進入,20,世紀(jì),90,年代以后,由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展,微波加熱技術(shù)也日趨成熟,微波加熱設(shè)備日漸精良,；,電力供應(yīng)得到了很大程度的改善,微波設(shè)備電子器件價格的下跌及能源比價的調(diào)整,使得微波加熱設(shè)備及微波加熱的直接成本有了大幅度的下降,；,全球環(huán)境的不斷惡化,使人們逐步認(rèn)識到傳統(tǒng)的加熱方式不

13、再環(huán)保,。,這些都為微波加熱的應(yīng)用和發(fā)展提供了良好的契機和廣闊的前景,。,微波加熱技術(shù)將以其獨特的優(yōu)勢在未來的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮非常重要的作用,。,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,NATURE REVIEWS DRUG DISCOVERY 5,(,2006,),51,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,Adv.Funct.Mater.13(2003)7,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,Adv.Mater.,20,(,2008,),34163421,微波加熱應(yīng)用,微波加熱合成,Chem.Commun.,(,2009,),51185120,J.Mater.Chem.20,(,2010,),47814783,