微波頻率下離子液體介電特性

2013-12-08 劉鳳海 四川師范大學物理與電子工程學院

  作為新型介質離子液體有著廣泛的應用前景,使得離子液體及其合成方法成為了研究的熱點。在眾多的合成方法中,微波作為新型高效的加熱能源用于合成離子液體具有環保、高效等優點。本文對含有[BuMelm]、[Tf2N]、[Al(hfip)4 ]等離子的離子液體基于Cole-Cole分析其介電弛豫概率密度、介電弛豫次數、離子間的相互作用幾率等參數來描述陰陽離子對離子液體的介電性的貢獻。基于Cole-Cole模型的離子液體介電特性研究為微波能應用于離子液體大規模合成提供了理論基礎。

  作為一種優良的綠色溶劑,離子液體具有穩定性好、不易燃燒、不易揮發、化學窗口寬等特點,被廣泛應用于電化學、化學反應、離子分離、廢氣處理等領域,因此關于離子液體的物化特性研究得到了廣泛的關注。作為具有潛力的綠色溶劑,離子液體可以保持化學反應的穩定性、加快反應速率;作為分離提純溶劑,離子液體可以溶解某些化合物、無機化合物和有機金屬。離子液體的這些優良特性使得其成為了研究熱點,但離子液體的合成方法繁瑣,成本高。在離子液體的合成方法中,微波合成離子液體具有反應時間短、高效、方法環保等優點,而物質的介電特性反映了物質對微波的吸收和反射情況,離子液體是極性很強的物質,微波合成離子液體是一種很好的反應手段。適合于所以研究不同離子對離子液體的介電特性貢獻對微波能應用于合成不同種類離子液體、及通過該模型監測微波合成離子液體的過程具有重要意義。本文將選取的離子液體按包含相同離子進行分類,研究包含同一種離子的不同離子液體的介電特性。將陰陽離子作為電偶極子來考慮,根據離子液體的弛豫時間τ和參數α 計算出離子液體中陰陽離子的平均弛豫行為發生次數和截斷弛豫時間,來判斷微波作用下不同陰陽離子對離子液體的介電特性貢獻。

  1、介電常數

  1.1、介電常數計算公式

  物質的復介電系數可以表示為:

微波頻率下離子液體介電特性

  式中,β反映了高頻下物質的介電對稱特性,此處取1;ε′ 為復介電系數的實部,其大小反映了介質束縛電荷的能力;ε″ 為復介電系數的虛部,反映了介質的損耗情況;ε0為靜電場介電常數;ε! 為高頻介電常數;σ是溶液的電導率;τ是弛豫時間;εv =8.85×1012 F/m,是真空介電常數;α 是Cole-Cole方程的參數,α取值為(0,1]。表1為含相同離子的離子液體介Cole-Cole參數。

表1 含相同離子的離子液體介Cole-Cole參數

含相同離子的離子液體介Cole-Cole參數

  總結

  本文開發了一套精度較高的磁場自動化測試系統,詳細測試了微波爐用磁控管離軸磁場的分布。根據實測數據,分析了磁控管中磁場分布的規律及特點;提出了V型槽與磁場凹陷程度具有一定關聯的假設;驗證了仿真計算結果的正確性。在此基礎上改變了磁控管磁極的形態參數并進行仿真計算,分析了傾角和磁極間距對磁控管互作用區域磁場分布的影響,得出了互作用空間磁場大小、凹陷程度以及恒定區域寬度這三者之間的關系,這對研究磁控管高效率和低噪聲等問題有一定的參考意義。