微波化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用

微波化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用                    

    微波化學(xué)是研究在化學(xué)中應(yīng)用微波的一門(mén)新興的前沿交叉學(xué)科．它是在人們對(duì)微波場(chǎng)中物質(zhì)的特性及其相互作用的深入研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的．因此也可以說(shuō)，微波化學(xué)是根據(jù)電磁場(chǎng)和電磁波理論、電介質(zhì)物理理論、凝聚態(tài)物理理論、等離子體物理理論、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)原理，利用現(xiàn)代微波技術(shù)來(lái)研究物質(zhì)在微波場(chǎng)作用下的物理和化學(xué)行為的一門(mén)科學(xué)。

微波場(chǎng)可以直接作用于化學(xué)體系從而促進(jìn)或改變各類化學(xué)反應(yīng)．這就是通常意義上的微波化學(xué)，微波對(duì)凝聚態(tài)物質(zhì)的化學(xué)作用主要屬于這一類．微波場(chǎng)也可先被用來(lái)誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體，進(jìn)而在各種化學(xué)反應(yīng)中加以利用，微波對(duì)氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)作用主要屬于這一類．這就是所謂微波等離子體化學(xué)，它是廣義微波化學(xué)所涵蓋的內(nèi)容．
    從歷史上看，微波等離子體化學(xué)的發(fā)展實(shí)際上先于直接微波化學(xué)的發(fā)展，最早在化學(xué)中利用微波等離子體的報(bào)道出現(xiàn)于1952年，當(dāng)時(shí)H．P．Broida等用形成微波等離于體的辦法以發(fā)射光譜法測(cè)定了氫—抗混合氣體中氖同位素的含量．后來(lái)他們又將這一技術(shù)用于氮的穩(wěn)定同位索的分析，從而開(kāi)創(chuàng)了微波等離子體原子發(fā)射光譜分析的新領(lǐng)域．微波等離子體用于合成化學(xué)則是60年代以后的事，其中最成功的事例包括金剛石、多晶硅、氮化硼等超硬材料，有機(jī)導(dǎo)電膜，超細(xì)納米粉體材料，藍(lán)色激光材料c-GaN，單重激發(fā)態(tài)氧的合成；高分子材料的表面修飾和微電子材料的加工等，其中不少現(xiàn)已形成了產(chǎn)業(yè)．例如，工業(yè)微波設(shè)備。

有趣的是，在化學(xué)中直接利用微波能的研究也開(kāi)始于分析化學(xué)  1974年J.A.Hesek等首先利用微波爐進(jìn)行樣品烘干．次年．有人用它作生物樣品的微波消解并取得了很大成功．現(xiàn)在這一技術(shù)已經(jīng)商品化并作為標(biāo)準(zhǔn)方法被廣泛用于分析樣品的預(yù)處理烘干機(jī)。

    微波用于合成化學(xué)始可于1986年R．Gedye等對(duì)微波爐內(nèi)進(jìn)行酯化、水解、氧化和親核取代反應(yīng)及R．J.Giuere毗等對(duì)煎與馬來(lái)酸二甲酯的Diels-A1der環(huán)加成反應(yīng)的研究.此后在有機(jī)化合物的幾十類合成反應(yīng)中也都取得了很大成功．
    微波在無(wú)機(jī)固相反應(yīng)中的應(yīng)用是近年來(lái)迅速發(fā)展的一個(gè)新領(lǐng)域．現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于陶瓷材料(包括超導(dǎo)材料)的燒結(jié)，固體快離子導(dǎo)體、超細(xì)納米粉體材料、沸石分子篩的合成等，并取得了十分可喜的成功．

在催化領(lǐng)域，由于三氧化二鋁，二氧化硅等無(wú)機(jī)載體不吸收微波，微波可直接傳送到負(fù)載于載體表面的催化劑上并使吸附其上的經(jīng)基、水、有機(jī)物分子激活，從而加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行．已研究過(guò)的催化反應(yīng)最有名的有甲烷合成高級(jí)烴類、光合作用的模擬和酸氣污染物的去除等殺菌機(jī)．
    此外，微波在采油、煉油、冶金、環(huán)境污染物治理等方面也都取得了很多進(jìn)展  可以看出，微波在化學(xué)中的應(yīng)用已幾乎遍及化學(xué)的每一個(gè)分支領(lǐng)域，微波化學(xué)實(shí)際上巳成為化學(xué)學(xué)科中一個(gè)十分活躍而富有創(chuàng)新成果的新的分支學(xué)科．

微波化學(xué)研究在我國(guó)起步并不太晚，中國(guó)科學(xué)院蘭州化物所、吉林大學(xué)、云南大學(xué)、蘭州大學(xué)，四川大學(xué)等在微波等離子體化學(xué)和微波合成及反應(yīng)化學(xué)方面的研究都起步較早并取得過(guò)有影響的成果  1993年以微波化學(xué)為主題的長(zhǎng)春夏季化學(xué)討論會(huì)、1996年在長(zhǎng)春召開(kāi)的第一屆全國(guó)微波化學(xué)會(huì)議及隨后成立的微波化學(xué)專業(yè)委員會(huì)和1998年在昆明召開(kāi)的第二屆全國(guó)微波化學(xué)會(huì)議對(duì)我國(guó)微波化學(xué)的發(fā)展起了很好所涉及的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛．一個(gè)有一定群眾件的研究微波化學(xué)的高潮中在出現(xiàn)．