Carbure de silicium (SiC)

Le carbure de silicium (SiC) est une matière céramique qui absorbe fortement l’irradiation des micro-ondes. Il peut donc être utilisé pour augmenter le chauffage par microondes des mélanges de réaction transparents aux micro-ondes.

La chimie des micro-ondes repose généralement sur la capacité d'un mélange réactionnel à absorber efficacement l'énergie des micro-ondes, tirant parti des phénomènes de chauffage diélectrique par micro-ondes, comme la polarisation dipolaire ou le mécanisme de conduction ionique. Par conséquent, le mélange réactionnel doit être absorbant aux micro-ondes afin d'être chauffé efficacement dans le champ des micro-ondes.

En fait, de nombreux solvants organiques couramment utilisés sont presque transparents aux micro-ondes. Si les composés dissous (matières premières, réactifs, catalyseurs, etc.) ne sont pas absorbants aux micro-ondes, le mélange réactionnel ne peut pas être chauffé dans le champ des micro-ondes.

Bien que les récipients en Téflon soient complètement transparents aux micro-ondes, les flacons en verre borosilicate habituels absorbent les micro-ondes dans une certaine mesure et peuvent donc aider à chauffer passivement un mélange de réaction dans le champ des micro-ondes. Néanmoins, dans certains cas, un chauffage suffisant ne sera toujours pas possible. Par conséquent, plusieurs stratégies ont été employées pour surmonter ce problème, comme le passage à des solvants plus polaires ou l'ajout de matériaux fortement absorbants (par exemple, des sels ou des liquides ioniques).^[1] Cependant, toutes ces méthodes invasives ont un inconvénient clair en ce sens que la polarité du système de solvant d'origine est modifiée, ce qui peut conduire à des voies de réaction différentes ou à des rendements de produit significativement inférieurs. De plus, s'ils sont néanmoins utilisés, les additifs polaires peuvent compliquer considérablement le travail.

En tant qu'alternative non invasive parfaite, le SiC s'est révélé être le matériau idéal pour améliorer les taux de chauffage des mélanges de réactions non polaires. Il absorbe fortement l'énergie micro-ondes et transfère ensuite et rapidement l'énergie thermique générée par des phénomènes de conduction au mélange de réaction. Cela permet de chauffer efficacement des mélanges de réaction transparents aux micro-ondes ou peu absorbants à des températures et pressions extrêmement élevées. De plus, en raison de son point de fusion élevé (environ 2700 °C) et de son coefficient de dilatation thermique très faible, il peut être utilisé jusqu'à des températures extrêmement élevées.^[1] De plus, en raison de la distribution rapide de la chaleur à l'intérieur du matériau, les points chauds peuvent être exclus et une distribution homogène de la température et un chauffage uniforme dans l'ensemble du matériau sont garantis.

Pratiquement, le SiC est un matériau solide pratiquement indestructible et entièrement recyclable, et différentes formes d'accessoires de réacteur à micro-ondes sont fournies (voir Figure 1), qui peuvent être utilisées dans les réacteurs à micro-ondes à mode unique et multimode.

Un aspect intéressant associé à l'utilisation du SiC doit être mentionné. Puisque le SiC absorbe fortement l'irradiation micro-ondes, le récipient est chauffé plutôt que son contenu. Par conséquent, le mélange lui-même est uniquement chauffé par des principes de conduction et de convection conventionnels et non par un chauffage direct dans le centre. Néanmoins, il a été démontré que les principaux avantages de la chimie micro-ondes sont toujours présents en raison du chauffage super rapide à des températures élevées dans des récipients fermés.^[2] Ces résultats sont la base des réacteurs chauffés de manière conventionnelle pour la chimie synthétique à grande vitesse.