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微波辐射下电解质溶液的介电特性测量与金属杂质对测量精度的影响分析

王志辉  
【摘要】: 微波在化学领域的应用几乎扩展到了化学研究的各个方面。微波作用于化学反应时化学反应体系所表现出来的介电特性成了人们关注的焦点问题,而且在微波测量中金属杂质的存在会对测量精度产生一定的影响。故在本文中,我们就化学体系中最简单的电解质溶液在微波作用下的介电特性行了实验测量研究,并对微波测量中所存在的金属杂质对测量精度的影响进行了分析。这些工作将对进一步理解微波化学反应、研究电解质的介电特性和提高微波测量精度提供帮助。 本论文的主要内容和创新点如下: 第一、为了研究微波作用下电解质溶液的介电特性,我们设计了实验。文中首先测量了几种常见的电解质溶液在微波作用下的复介电常数,通过复介电常数测量结果来研究分析电解质溶液的介电特性。实验结果显示,在恒温条件下,溶液的复介电常数实部在微波作用下变化很小,而虚部在微波作用下受外加功率影响较大,且呈明显的上升趋势。由于微波对溶液有加热作用,故在文中还进行了排除分析溶液中所可能存在的温度对测量结果的影响。分析结果显示,该实验很好的排除了温度因素的影响。 第二,在微波测量中,金属杂质的存在会对测量精度带来影响。为了分析金属杂质对测量精度带来的影响,我们采用FEM方法,利用电容模型计算了氯化钠溶液在有金属杂质情况下的复介电常数,并与没有金属杂质情况下的理论值进行对比。针对微波测量中金属杂质可能有的圆球形、方形和圆锥形,文中分析了附着在测量探头表面上及附近不同形状、不同位置和不同数量的金属杂质对氯化钠溶液复介电常数测量结果的影响。计算结果显示,(1)微波测量中存在的不同形状细微金属杂质对测量精度的影响相似;(2)金属杂质对复介电常数的实部测量影响较小,对虚部影响较大;(3)附着在测量探头侧面以及探头终端端口面外导体端面上的金属杂质对测量结果的影响较小;(4)附着探头终端端口面内导体端面和介质层端面上的金属杂质对测量结果产生的影响较大。文中得出结论,金属杂质对测量精度的影响主要和金属杂质的位置、数量有关。


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