NEWS
【科技成果推介】磁場(chǎng)-微波復(fù)合場(chǎng)催化技術(shù)
最新動(dòng)態(tài)
電磁強(qiáng)化技術(shù)是一種在室溫環(huán)境下，通過特定電磁場(chǎng)促進(jìn)晶體微觀缺陷重新分布，提升微觀組織-力學(xué)均勻性，增加裂紋啟裂及擴(kuò)展阻力，綜合改善材料抗磨損、抗疲勞及可靠性的材料處理技術(shù)。目前已在制造行業(yè)開展了大量應(yīng)用，包括：在汽車制造、工程機(jī)械等裝備制造領(lǐng)域，通過電磁強(qiáng)化提高機(jī)械加工刀具使用壽命，為企業(yè)降本增效；在航空航天領(lǐng)域，通過電磁強(qiáng)化提高航空切削刀具、特種螺栓、軸承等關(guān)鍵航空基礎(chǔ)件的服役壽命和可靠性。
我院刀具&軸承電磁強(qiáng)化技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“刀具所”）創(chuàng)新性提出了一種基于磁場(chǎng)-微波場(chǎng)的多場(chǎng)復(fù)合處理技術(shù)（簡(jiǎn)稱“波-場(chǎng)處理技術(shù)”），該技術(shù)即可用于溶液物質(zhì)又可用于固體物質(zhì)的性能改善。接下來請(qǐng)一起看看該技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)性能改善的吧~
科技研發(fā)
波-場(chǎng)處理技術(shù)是一種將特定頻率的微波場(chǎng)和一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)耦合的新興處理技術(shù)，在化學(xué)反應(yīng)處理、材料性能提升等方面有巨大的應(yīng)用前景。微波和磁場(chǎng)如果處于恰當(dāng)?shù)钠ヅ錀l件時(shí)，可以使低能級(jí)的電子恰好躍遷至高能級(jí)，從而使電子的自旋組態(tài)發(fā)生變化。以自由基反應(yīng)為例，自由基對(duì)作為反應(yīng)過程中的重要中間體，它的自旋組態(tài)影響了反應(yīng)路徑，在加入波-場(chǎng)處理后，能夠通過影響自由基對(duì)的自旋組態(tài)來調(diào)控反應(yīng)路徑、產(chǎn)物分布以及反應(yīng)速率等。
原理
外加磁場(chǎng)可以通過Δg機(jī)制影響不同自旋態(tài)之間的系間竄越過程，進(jìn)而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的速率、反應(yīng)產(chǎn)物分布改變。基于自由基對(duì)模型，外加磁場(chǎng)使得含有未成對(duì)電子的粒子產(chǎn)生塞曼分裂現(xiàn)象，使得具有不同自旋構(gòu)型的粒子之間產(chǎn)生能量差ΔE，若此時(shí)在磁場(chǎng)垂直的方向加一微波場(chǎng)，并且微波頻率恰好滿足
hv=△E
其中，h為普朗克常數(shù)，v為波場(chǎng)頻率。
那么處于低能級(jí)的電子便可以吸收微波能量躍遷到高能級(jí)，這一現(xiàn)象被稱為電子順磁共振現(xiàn)象。利用這一原理，磁場(chǎng)-微波復(fù)合處理可以進(jìn)一步影響自由基反應(yīng)過程和產(chǎn)率。
實(shí)驗(yàn)中以二苯甲酮、異丙醇的光化學(xué)反應(yīng)為研究對(duì)象，開展波-場(chǎng)技術(shù)對(duì)反應(yīng)的催化作用，并就其機(jī)理進(jìn)行討論。二苯甲酮-異丙醇這一反應(yīng)體系被置于不同的波-場(chǎng)工藝下發(fā)生反應(yīng)，得到了不同工藝條件下的合成產(chǎn)物。通過對(duì)反應(yīng)后溶液、產(chǎn)物進(jìn)行分析可以得到反應(yīng)物相對(duì)濃度以及產(chǎn)物質(zhì)量隨時(shí)間的變化關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，在施加磁場(chǎng)和微波時(shí)，二苯甲酮-異丙醇體系的宏觀反應(yīng)速率顯著增大，光化學(xué)反應(yīng)加速，反應(yīng)過程被“催化”，這一現(xiàn)象說明了使用波-場(chǎng)技術(shù)調(diào)控自由基反應(yīng)的有效性。
磁場(chǎng)與微波場(chǎng)耦合下自旋組態(tài)變化關(guān)系
多場(chǎng)復(fù)合作用下自由基反應(yīng)試驗(yàn)
科技創(chuàng)新
發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象后，刀具所基于食品釀造領(lǐng)域，以白酒溶液為應(yīng)用對(duì)象，利用波-場(chǎng)處理技術(shù)研究白酒的催陳過程，實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以催化白酒中各物質(zhì)的物理化學(xué)反應(yīng)，加速白酒陳化的進(jìn)程，相關(guān)研究成果已發(fā)表在英格蘭期刊《CyTA - Journal of Food》上，并獲得了廣泛關(guān)注。
具體為：白酒溶液在波-場(chǎng)技術(shù)處理后，水-乙醇的氫鍵結(jié)構(gòu)減弱，分子間的氫鍵在這個(gè)過程中發(fā)生扭曲甚至斷裂，較大締合分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生解聚，形成更多結(jié)構(gòu)的極性分子締合體，在氫鍵的締合作用下可使白酒辛辣味減少，進(jìn)而使白酒的氣味和口感變得柔和。同時(shí)，磁場(chǎng)-微波作用下，提高酒體內(nèi)分子活化能，并促進(jìn)各種香味物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，使得白酒中多種醇類和酯類的濃度均有所增加，生成更多香味物質(zhì)，使酒體更加醇厚香甜。
技術(shù)創(chuàng)新為科技研發(fā)帶來的更多可能性，波-場(chǎng)處理技術(shù)的應(yīng)用積極促進(jìn)了多個(gè)方向的科技研發(fā)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：
拓展了電磁強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用范圍，建立了特有磁場(chǎng)和固有頻率微波下的化學(xué)催化模型，研究了復(fù)合場(chǎng)作用下自由基對(duì)自旋組態(tài)的變化規(guī)律。
采用磁場(chǎng)-微波的非接觸式工藝體系，進(jìn)行食品釀造領(lǐng)域的應(yīng)用嘗試。在電磁場(chǎng)-微波耦合作用下，加快白酒締合和酯化速度，可顯著縮短人工催陳白酒生產(chǎn)周期。
針對(duì)陶瓷材料，位錯(cuò)與障礙物之間形成類似自由基對(duì)的結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)微波復(fù)合場(chǎng)作用下可影響其電子自旋行為，有可能成為陶瓷材料改性的全新工藝方案。
應(yīng)用價(jià)值
01 食品釀造領(lǐng)域
例如白酒領(lǐng)域，成品酒經(jīng)磁場(chǎng)微波的復(fù)合場(chǎng)處理后，香味幽雅、有焦香味、酸度高，經(jīng)一段時(shí)間的醒酒后香氣更加平衡，入口飽滿、酒體厚重，空杯留香較好，諸味協(xié)調(diào)。刀具所創(chuàng)新研發(fā)的波-場(chǎng)處理技術(shù)可應(yīng)用于定制化設(shè)備及工藝處理服務(wù)，提升食品釀造品質(zhì)，服務(wù)大眾。
02 面向機(jī)械加工刀具領(lǐng)域
在機(jī)械加工刀具中，尤其是陶瓷基刀具，波-場(chǎng)處理技術(shù)可針對(duì)精密陶瓷刀具、立方氮化硼刀具進(jìn)行相應(yīng)處理，以進(jìn)一步提高刀具使用壽命，提高被加工件表面質(zhì)量，為企業(yè)降本增效。
刀具&軸承電磁強(qiáng)化技術(shù)研究所
刀具&軸承電磁強(qiáng)化技術(shù)研究所成立于2015年9月，專注電磁強(qiáng)化技術(shù)、電磁強(qiáng)化設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用工作，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的電磁強(qiáng)化技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。電磁強(qiáng)化技術(shù)，源于清華二十多年的技術(shù)積累，是清華大學(xué)首先提出的可大幅提升合金與金屬陶瓷構(gòu)件的耐磨性、服役性能和可靠性的處理技術(shù)，該技術(shù)廣泛適用于各種硬質(zhì)合金、高速鋼、金剛石、CBN等材料（含涂層）制成的機(jī)械加工刀具、軸承、螺栓、齒輪、液壓泵閥及其他有摩擦磨損的關(guān)鍵構(gòu)件，具有不改變?cè)庥^與尺寸、無污染、高效、可帶包裝直接處理等特點(diǎn)，已經(jīng)歷了多行業(yè)、多批次的實(shí)踐檢驗(yàn)。研究團(tuán)隊(duì)主要為清華大學(xué)博士、碩士及經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師組成，團(tuán)隊(duì)成員熱情而富有朝氣，具有極強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和合作精神，并秉持誠信務(wù)實(shí)的理念，為廣大客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
技術(shù)對(duì)接、業(yè)務(wù)洽談
聯(lián)系人：季文
聯(lián)系電話：18810069596
郵箱：jiwen@tsinghua-tj.org
來源|刀具&軸承電磁強(qiáng)化技術(shù)研究所
編輯|張澍
以上相關(guān)技術(shù)最終解釋權(quán)歸刀具&軸承電磁強(qiáng)化技術(shù)研究所所有
地址：天津市東麗區(qū)華明高新區(qū)弘順道科創(chuàng)慧谷園區(qū)4、5號(hào)樓
掃一掃
關(guān)注官方微信公眾號(hào)