微波频率下离子液体介电特性

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)四川师范大学物理与电子工程学院 作者:刘凤海

  作为新型介质离子液体有着广泛的应用前景,使得离子液体及其合成方法成为了研究的热点。在众多的合成方法中,微波作为新型高效的加热能源用于合成离子液体具有环保、高效等优点。本文对含有[BuMelm]、[Tf2N]、[Al(hfip)4 ]等离子的离子液体基于Cole-Cole分析其介电弛豫概率密度、介电弛豫次数、离子间的相互作用几率等参数来描述阴阳离子对离子液体的介电性的贡献。基于Cole-Cole模型的离子液体介电特性研究为微波能应用于离子液体大规模合成提供了理论基础。

  作为一种优良的绿色溶剂,离子液体具有稳定性好、不易燃烧、不易挥发、化学窗口宽等特点,被广泛应用于电化学、化学反应、离子分离、废气处理等领域,因此关于离子液体的物化特性研究得到了广泛的关注。作为具有潜力的绿色溶剂,离子液体可以保持化学反应的稳定性、加快反应速率;作为分离提纯溶剂,离子液体可以溶解某些化合物、无机化合物和有机金属。离子液体的这些优良特性使得其成为了研究热点,但离子液体的合成方法繁琐,成本高。在离子液体的合成方法中,微波合成离子液体具有反应时间短、高效、方法环保等优点,而物质的介电特性反映了物质对微波的吸收和反射情况,离子液体是极性很强的物质,微波合成离子液体是一种很好的反应手段。适合于所以研究不同离子对离子液体的介电特性贡献对微波能应用于合成不同种类离子液体、及通过该模型监测微波合成离子液体的过程具有重要意义。本文将选取的离子液体按包含相同离子进行分类,研究包含同一种离子的不同离子液体的介电特性。将阴阳离子作为电偶极子来考虑,根据离子液体的弛豫时间τ和参数α 计算出离子液体中阴阳离子的平均弛豫行为发生次数和截断弛豫时间,来判断微波作用下不同阴阳离子对离子液体的介电特性贡献。

  1、介电常数

  1.1、介电常数计算公式

  物质的复介电系数可以表示为:

微波频率下离子液体介电特性

  式中,β反映了高频下物质的介电对称特性,此处取1;ε′ 为复介电系数的实部,其大小反映了介质束缚电荷的能力;ε″ 为复介电系数的虚部,反映了介质的损耗情况;ε0为静电场介电常数;ε! 为高频介电常数;σ是溶液的电导率;τ是弛豫时间;εv =8.85×1012 F/m,是真空介电常数;α 是Cole-Cole方程的参数,α取值为(0,1]。表1为含相同离子的离子液体介Cole-Cole参数。

表1 含相同离子的离子液体介Cole-Cole参数

含相同离子的离子液体介Cole-Cole参数

  总结

  本文开发了一套精度较高的磁场自动化测试系统,详细测试了微波炉用磁控管离轴磁场的分布。根据实测数据,分析了磁控管中磁场分布的规律及特点;提出了V型槽与磁场凹陷程度具有一定关联的假设;验证了仿真计算结果的正确性。在此基础上改变了磁控管磁极的形态参数并进行仿真计算,分析了倾角和磁极间距对磁控管互作用区域磁场分布的影响,得出了互作用空间磁场大小、凹陷程度以及恒定区域宽度这三者之间的关系,这对研究磁控管高效率和低噪声等问题有一定的参考意义。

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