基于微观动力学的微波频率下多分子反应体系介电特性研究

微波化学的工程化应用必须通过微波化学动力学去研究微波在化学反应体系中的传播和吸收规律，多分子反应体系的介电特性研究是微波化学动力学研究的基础。目前，将多分子反应体系考虑为时变的多分子混合物，通过经典混合物理论而求得等效介电系数的方法在工程应用中出现了严重的问题，因为经典的混合物理论忽略了化学反应中必然存在的分子之间的强烈相互作用。本项目针对这一问题，首次提出采用微观动力学方法来研究多分子反应体系的等效介电系数。基于化学反应动力学方程和多分子反应体系的"等效原理"，将多分子反应体系等效为具有分子之间强烈相互作用的时变多分子体系，利用分子动力学模拟和密度泛函等微观动力学的计算方法计算分子之间存在强烈相互作用下的弛豫时间等参数，进而计算体系在微波频率下的等效介电系数。最后，设计测试系统，验证计算结果。本项目将为微波化学的工程化应用奠定理论基础，也为深刻理解微波影响分子之间的相互作用提供理论依据。

微波化学工程化需要研究微波与多分子反应体系相互作用机理。多分子反应体系的介电特性决定了微波在其中的传播规律，因而研究其介电特性基础而重要。本项目中，首先基于化学反应动力学方程，找出不同频率、温度条件下具有相同浓度的反应时刻。然后采用分子动力学模拟与密度泛函等微观动力学方法，结合并行技术对不同温度和频率下的多分子反应体系等效介电系数进行分析，进而对分析结果进行数学拟合，获得多分子反应体系介电特性计算公式。最后，针对多分子体系，设计测试系统并提出测量算法，验证计算结果。通过本项目研究，有效解决了部分多分子体系化学反应介电特性难以获取的难题，并且开创性的采用微观动力学结合数学拟合的方式计算多分子化学反应体系介电特性的研究工作。项目实施中，发表论文39篇，其中SCI检索31篇，（影响因子大于4.0的7篇，大于2.0的5篇），EI检索7篇；获得国家发明专利3项，申请国家发明专利14项；项目主持全国微波化学会议分会一次，并完成会议特邀报告1篇；项目主持人于2013年在世界著名大学MIT进行学术交流，所完成的学术成果已经投往国际著名期刊《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》和《Chemical Communications》。