感应加热已经发展成为一种强大而快速的间接加热技术，用于化学和医学的各个领域。传统上，感应加热用于工业中，例如用于加热大型金属物体，包括弯曲、粘合和焊接管道。此外，感应加热已成为流动化学的合作伙伴，两者都是有机合成的支持技术。本文回顾了流动化学和感应加热在工业环境和学术研究中的结合，并证明了这两种技术的完美互补。
介绍
几十年前，感应加热作为一种间接技术被引入各种应用中，包括工业制造、合成化学【1-3】和医学（图1）【4-7】。与微波加热（另一种主要的间接加热技术）相比，感应加热有几个优点。从技术上讲，该系统由感应线圈和交流发电机组成。要加热的材料通常在线圈内部或其附近，因此热量不是通过表面对流产生的。与微波辐射下的加热相比，出于安全原因，该系统不需要封闭。材料的感应加热速度极快，具有所有加热技术中最佳的确定功率传输值【10】。因此，它在加热大型金属物体和工件方面具有广泛的工业应用。它用于金属和合金的弯管、粘合、焊接、烧结和退火【11】。除了钢和合金，玻璃或硅也在感应加热条件下被加热或熔化【12】。在过去的十年中，感应加热也被用于粘接、加热橡胶、使塑料变形或收缩工件【13-15】。这些材料不像钢、铜或合金那样导电，因此必须采用另一种机制来引入热量。这通常是通过将小的超顺磁性铁磁或亚铁磁性纳米颗粒嵌入这些材料中来实现的。为此，超顺磁性氧化铁纳米粒子（SPION）是最常用的，其主要形式是磁铁矿（Fe3O4）及其氧化型磁赤铁矿（γ-Fe2O3).尽管钴和镍也是高磁性材料，但由于其固有的毒性和易氧化性，它们不太常见。
涉及SPIONs的另一个研究分支专注于纳米科学、纳米医学和纳米粒子辅助成像、诊断和药物输送的发展【4-7】，这是本文未涉及的领域。
1电磁感应的理论背景
为了更好地理解感应加热的机理，首先解释一些基本的物理原理。这种加热取决于待加热材料的各种结构、形态、化学和物理特性。当一个合适的接收器被放置在交变电磁场中时，除了由于对流、传导和热辐射造成的少量损失之外，这种能量被转化为热量。能量转化为热量是根据三种不同的原理进行的，这取决于材料的特性。
1.1磁滞回线
材料的轨道运动和电子自旋剖面决定了其磁性。铁磁（FM）材料具有不成对的电子自旋，这些电子自旋在空间中耦合并提供强大的磁力。然而，铁磁材料由多个磁畴组成。在磁场中，电子自旋在一个磁畴内排列，但通常不是在所有磁畴中。因此，铁磁材料消耗能量在磁场方向上生长磁畴。然而，一旦所考虑的材料达到一定尺寸，多畴状态在能量上变得不利，使得形成畴壁所需的能量高于维持单畴静磁能所需的能量。在铁磁单畴材料中，自旋沿同一方向排列，并充当巨大的磁矩【16-17】。这些自旋与晶格的耦合被称为磁滞现象。当施加磁场时，原子的电磁能量以热的形式转移到晶格中，这对于磁性材料的许多应用来说是不期望的。因此，这个过程被称为磁损耗。磁场产生的每个周期的能量损失量被解释为磁滞回线中材料的磁化强度，它被定义为磁滞损耗（图2）。它由三个参数表征:1）饱和磁化强度（Ms），此时材料在磁场中达到最大值；2）剩余磁化强度（Mr），当磁场被移除时，其被材料保留；以及3）矫顽力（Hc），这是使样品退磁所需的磁场，并决定了向周围介质释放的热量。这三个参数对磁性纳米粒子的放热至关重要，并且可以因不同的粒子类型而异。矫顽力是磁性纳米粒子的固有属性，在磁性纳米粒子从多畴到单畴结构的临界直径处达到最大值。在滞后曲线中，Mr和Hc与单位质量吸收的能量相关。对于铁磁材料，该区域表明其磁加热机制取决于磁滞损耗。
1.2内尔放松
由单个磁畴组成的磁性粒子具有剩余磁化强度（Mr）的零；因此，它们在加热过程中缺乏滞后贡献（图2）。内尔弛豫机制描述了它们的电磁能量耗散机制【18】。这种现象被称为超顺磁性（SPM），当颗粒尺寸达到纳米级时，会随着颗粒尺寸的减小而发生。这种超顺磁性纳米粒子对反向磁化的能量势垒与磁各向异性和粒子体积直接相关【19-20】。在外磁场中，这些自旋沿磁场方向旋转，磁矩轴沿磁晶各向异性轴波动。内尔描述了单个磁畴的磁矩的热波动的弛豫时间与单轴各向异性之间的关系。在内尔弛豫中，剩余磁化强度的能垒随着粒子体积的减小而减小。可以在干燥的粉末状单域纳米粒子或固定的纳米粒子中观察到内尔弛豫过程，例如当嵌入肿瘤组织中时。
1.3焦耳效应
涡流或傅科电流由振荡电磁场产生，该电磁场穿透导磁接收器的电阻并通过焦耳效应释放能量【21–22】。涡流中的加热功率与施加频率和磁场振幅的平方直接相关。与前面两种效应相反，当导体被引入振荡电流时，电流密度的分布是不均匀的。它从表面开始随着距离的增加呈指数下降，例如进入材料的深度。热量不是均匀分布的，而是主要分布在表面上，这一事实被称为趋肤效应。应该注意的是，随着频率的增加，这种效应显著降低。感应加热材料需要考虑的另外两个参数是居里温度（TC）和阻断温度（TB）。它们分别标志着从铁磁性到顺磁性和从铁磁性到超顺磁性材料的相变。这些值代表了材料可以感应加热的热极限，因为超过该点，它们就会失去永久磁性【23】。