1.发明领域

本发明涉及用于废气和反应性气体热处理的设备和方法。本发明用于对来自废弃的流中的污染物进行破坏和减少，且由反应物气体制备气体产品。本发明更具体地涉及用于化学处理的涂覆的电磁能感受器，其中基体材料围绕由不同于基体材料的材料制成的非基体材料，且基体材料由具有比非基体材料更低介电损失的材料制成。

2.现有技术

基于电力操作来热处理来自废弃物流的气体从而减少污染并且为合成产品对气体进行热反应的设备并不依赖天然气提供能量。为这种应用而使用天然气产生能量的设备产生来自能量源的二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物。当用于这种设备中时，电力被视为具有更清洁的操作，因为在操作过程中上述化学物质不会由热源产生。当对比于基于天然气操作的相反技术时，用于污染控制应用的电力设备在点源产生更少的污染。经减少的污染有利于减少温室气体并且利于符合1990年的Clean Air Act的要求。有很多类型的电加热方法；本讨论将聚集于用于产生热的设计和施用电磁能的反应。

本发明的范围是一种用于热处理气体和污染物的设备，其采用1)交替的空腔和感受器几何形状，用于在感受器体积内提供所用电磁能的更均匀的相互作用而不用考虑流速和排气管道宽度直径，2)改进设备综合热效率的传热方法，3)将反射性作为与所用电磁能相互作用的主要模式的感受器结构，其允许能量穿透感受器，4)复合感受器材料，5)控制感受器中温度对能量浓度的简单方法，和6)将所用电磁能的能量密度聚集的场聚集器。

在这些设备中的空腔几何形状影响感受器内电磁能的光学性质。当接触类似于透镜的几何形状和表面时，电磁能，无论紫外线、红外线、微波或无线电频率，均展示了与可见光谱相同的光学性质。由于感受器的几何形状遵循了与光学透镜相同的原则，因此感受器中的电磁能可以会聚或散射。此外，电磁能的传播模式依赖于空腔几何形状。这些模式影响空腔中电磁能分布。这些模式不同于圆柱形和矩形空腔(参见例如Handbook of Microwave Engineering)。

垂直于圆柱体感受器环形横截面周界入射的电磁能将初始地会聚，将能量聚集在横截面内。该聚集将使感受器内的材料比表面附近的材料吸收更多能量，改变横截面内材料的介电性质。该能量聚集能够使位于感受器内部处于中央和周界之间的材料吸收更多能量，因此由于感受器几何形状而减少了材料的穿透深度。

矩形空腔和平表面的光学性质是不同的。带有具有矩形几何形状和平表面的感受器的矩形空腔将遵循平表面的光学性质。平表面并不象弯曲表面如凸和凹表面那样聚集或散射能量。具有所用电磁能入射平表面，感受器中的电磁能吸收仅归因于材料性质且不被能量所影响，其由弯曲几何形状所聚集。具有平表面的感受器上的入射能量在均质材料结构中将不会聚集，且穿透深度将由入射能功率、感受器内的电场和磁场所影响。相反地，具有弯曲几何形状的感受器上的入射能可在均质材料感受器中聚集，且能量穿透深度将由弯曲表面会聚感受器内的能量的能力所影响。

这种设备热处理气体的综合能量效率可由更好的传热方法来改善，从而捕获由于作为冷却所用电磁能的来源的管道而损失的能量。在工业微波干燥操作中，用空气冷却磁电管所产生的热用于正在由微波进行干燥的制品。使用热空气和微波的这种协同干燥增加了干燥方法的能量效率。

可用作为替代的复合材料和感受器结构来促进气体热处理。这些复合材料和感受器结构作为人工介电体是已知的。

人工介电体结构可追溯回二十世纪四十年代。使用人工介电体作为透镜来会聚通讯无线电波(Koch)。人工介电体使用导电金属盘、棒、球和碟(第二相材料)，其嵌入低介电常数和低介电损失的基体以增加折射率，从而减少透镜尺寸以获得所需光学性质。该第二相材料反射能量并使用漫反射来传递电磁能。这些盘、棒、球、和碟可以格栅结构排列以产生各向同性或各向异性结构。

当导体元件嵌入低介电常数和低介电损失的基体中时，这些对基体材料介电损失因素的效果是可忽略不计的且该复合透镜的介电常数增加。然而，上述这些效果由下列因素影响和限制：嵌入该材料的低介电损失和低介电常数的基体中的材料尺寸、形状、导电率和体积分数以及入射光波长。基体材料的介电强度和复合介电常数在人工介电透镜设计中具有重要的额外作用。在另一方面，选择不同介电性质的基体材料且包含例如半导体、铁电体、铁磁体、反铁电体、反铁磁体、具有更高介电损失的介电体、和具有产生微波能量吸收的导电损失的介电体等第二相材料来在人工介电体中产生热。

二十世纪五十年代论述了有损耗人工介电体且随后用于微波频率来烧结陶瓷物件，用在食品包装加热食品，用于食品的褐变装置，用于消费者产品，且赋予连接应用的粘结剂可流动性。

人工介电体的结构决定电磁性质。当人工介电体内部的第二相材料体积分数达到某种水平，人工介电体将反射入射电磁能，从而屏蔽人工介电体避免吸收电磁能。人工介电体屏蔽电磁能时的第二相材料的体积分数取决于第二相材料的反射率、第二相材料的形状、和温度。通过控制反射量，感受器的反射性能够用于控制感受器温度。

已使用反射性来产生具有自我限制温度的结构。Von Hipple的Dielectrics and Waves中解释了在介电体中产生反射性。利用这种原则，设备被设计成具有自我限制的温度。也为具有居里(Curie)温度的材料对自我限制温度进行理论化。电磁能的反射性与材料传导性相关。金属在室温下导电且反射电磁能。半导体和离子导体在室温下具有低适中的传导性。在高温时半导体和离子导体具有增加的传导性，且这些材料在高温下将反射电磁能。在高温下的材料反射量也取决于入射电磁能的波长。

可用人工介电结构来在感受器中产生漫反射、或散射。第二相材料或者可以是室温下的反射性材料如金属，或者在高温下由于下列因素成为具有反射性：1)增加传导率，如半导体和离子导体，和/或2)超过居里温度，例如铁电体和铁磁体。这种漫反射也可用于控制采用了人工介电结构的给定感受器的温度。

不考虑感受器结构和其构建材料，为感受器和所用能量之间的体积相互作用，所用能量必须用于穿透该结构和构架材料或各种构建材料。

在用于气体热处理的设备中必须对感受器结构作出其它考虑。由在高温下具有增加的介电传导性或者具有低于操作温度的居里温度的材料构成的蜂窝体、泡沫体、挤压材料和织造结构可具有反射性。若该材料变得具备反射性，则感受器结构可a)作为具有不允许所用能量穿透的尺寸的波导体，因为所用能量将低于感受器结构截止频率，或b)屏蔽该电磁能避免穿透入感受器。Handbook of MicrowaveEngineering Handbook更详细地解释了波导理论。例如美国专利No.4718358中为处理气体所用的粒状感受结构例证了这样的条件：感受器结构可不允许入射电磁能穿透感受器体积。

似乎美国专利No.4718358的作者优选实现了约5mm-10mm范围的颗粒吸收材料，层厚度优选100mm-300mm。一种优选的吸收材料是粒状形式的SiC。碳化硅是一种半导体陶瓷，在室温下具有约10cm的中等穿透深度。并且，取决于SiC的纯度，穿透深度在室温下可少于2cm。在高温下，碳化硅更加具有传导性，因此具有甚至更低的穿透深度。若假定美国专利No.4718358中的颗粒是球状，则SiC的10mm球体最有可能以已知的立方密堆结构填充到圆柱形腔中。该立方密堆SiC结构具有仅26％孔隙体积。在立方密堆结构中该10mm SiC球体粒状包中的最大空隙空间由已知的八面体位置(octahedral site)所占据。该八面体位置是六球体之间的空隙空间：四个球在一个平面上接触，在一个平面中接触的四球形成的容隙空间的顶部和底部各有一个球。在最大直径处八面体位置的空隙直径约6mm。具有6mm宽度的开放空间和美国专利No.4718358中在约900℃操作的设备，其中SiC的介电传导率相对于室温下的介电传导率极大地提高，那么人们可能会置疑在2.45GHz和约13cm波长的微波能量传播通过SiC颗粒的立方密堆结构并加热一定体积的具有100mm-300mm之间颗粒深度的SiC的能力。该在900℃操作温度下的堆积的SiC球体能否扮演具有低于所用电磁辐射截止频率的尺寸的小波导管集合的角色？若是的话，则该感受器的结构将不允许所用能量穿透进入SiC颗粒的整个体积。这种类型的结构将如在家用微波烹调炉窗这种常用实践所示例的那样屏蔽电磁能量。或者，在900℃操作温度下的SiC球体的堆集是否具有有限的穿透深度，其既不允许全部SiC颗粒的体积加热也不具有穿透SiC体积的电磁场从而为了可能的增强的反应与气体物质相互作用？在该感受器布置中的有限穿透深度的后一争论，最可能加热入射所用辐射表面附近的SiC颗粒的有限体积，然后几乎SiC是传热良好的材料，则热量将传热通过SiC至SiC颗粒的其余体积。人们可能会争论为加热整个体积可入射更高能量水平的所用电磁能至SiC颗粒上，然而穿透深度将随所用能量水平的增加而减少。更高能量水平将引起穿透深度迁移到所用电磁能初始入射的表面，此时SiC材料在高温下传导性更强。增加的传导性会引起该材料对所用能量更具反射性。

其它感受结构例如蜂窝体、泡沫体和织造结构具有如上所述关于穿透深度的相似问题。这些结构当由半导体、导体、铁磁体、亚铁磁体、铁电体和反铁电体材料制备时，具有浅浅的穿透深度。石墨、炭黑、磁铁矿(Fe3O4)、MnO2是在室温下具有少于1mm的穿透深度的材料。当感受结构如蜂窝体、泡沫体和织造物涂覆有这些材料时，该结构将具有浅穿透深度或将作为波导体，其具有低于截止频率的尺寸而不用考虑a)主体材料或组成涂覆底材的材料和b)感受器结构的设计。因此，感受器必须合理设计用于与电磁能体积相互作用，需考虑构建材料、结构和涂层效果。

发明概要

就其最广泛的意义而言，本发明是一种产生更均匀的能量分布的改进设计，通过1)空腔几何形状设计，2)所用能量源的位置，和3)感受器的穿透深度。感受器中更均匀的能量分布将使本发明所用的电磁能体积分布从而a)产生热量，b)与化学物质相互作用而破坏污染物且促进整个感受器中的化学反应，c)产生荧光辐射，和d)产生热发光辐射。

空腔几何形状可采用具有不规则形状横截面的多边形，具有四(4)或更多边，且优选矩形，其中该矩形横截面垂直于气流流动方向。优选的矩形中所用能量源位于最长平行侧的相对表面上。将不规则矩形横截面的最短距离称作宽度。设计宽度以促进所设计能量的均匀分布。该设计基于所用电磁能对感受器的穿透深度。因为感受器包括空隙部分、构造用的材料或复合材料和感受器结构，所以使用感受器穿透深度而不用材料穿透深度。感受器的穿透深度定义相似于以前定义的材料穿透深度，为1/e。该值1/e等于被吸收或散射的能量的67％。

空腔几何形状与所用能量源位置和感受器穿透深度在设备中扮演重要角色。由于能量源位于不规则形状的矩形相对面，则在本发明中将一半的宽度距离，即从横截面中心至所用能量源所在的空腔侧的距离，定义为相互作用宽度。相互作用宽度相似于穿透深度。相互作用宽度用于将感受器平分为两半来确定感受器穿透深度的界限为空腔的一半宽度和最接近于如上所用能量源位置的感受器表面。相互作用宽度用于描述感受器内可用于相互作用从而产生促进污染物的化学反应和破坏的方法的能量数量，而通常电磁能穿透深度描述材料中衰减能量的大约值。衰减可通过a)吸收能量产生热量或b)反射所用能量来在材料中产生。在本发明中，可采用感受器穿透深度来提供污染物的破坏或气体的反应，通过1)主要产生用于热处理的热量的方法，2)主要利用所用电磁能与气体/颗粒物质相互作用进行化学反应或破坏污染物的方法，3)产生荧光辐射的方法，4)产生热发光辐射的方法，5)为聚集所用能量而造成所用电磁能散射的方法，或6)该五种方法的结合。该方法的结合将最适于即将讨论的目的。以下实施例论述了这些主要方法：

例1：若需要热处理作为污染物的化学反应或破坏的主要方法，则需要由感受器吸收电磁能来产生用于热焚烧(600-1000℃)或用于催化处理(300-600℃)的热量。为在操作温度通过所用电磁能在感受器内产生体积加热(volumetric heating)，则所用能量必须在操作温度下穿透空腔内的整个相互作用宽度。因此，电磁能必须被感受器所吸收，且在操作温度的感受器穿透深度必须允许所用电磁能体积地加热相互作用宽度。对于热处理作为首要方法而言，其中该设备空腔的形状是不规则多边形且所用电磁能源位置如上所述，感受器的穿透深度应约等于感受器整个宽度的三分之一。约为感受器宽度1/3的感受器穿透深度允许约50％的来自所用能量源(其位于相对面)的空腔中的总能量存在于相互作用的宽度中且由感受器构造材料所吸收。

例2：若电磁能与气体物质的相互作用是处理进行化学反应或破坏污染物所用气体的首要方法，那么为了造成电磁能与气体物质的体积相互作用，则所用能量必须在操作温度下穿透空腔内的相互作用宽度。因此，电磁能必须能够穿透感受器，且感受器在操作温度下的穿透深度必须允许所用电磁能与用于在相互作用宽度内进行处理的气体或颗粒物质体积上地相互作用。在该方法中可用感受器来产生湍流，使得气体能够混合从而更好地将反应物转化为产品物质。

对于电磁能与气体物质的体积相互作用，其中该设备的空腔形状是不规则多边形并且所用电池能量源位置如上所述，感受器穿透深度对于该方法而言并非那么重要的，除非该感受器被设计用于散射所用电磁能。感受器的穿透深度将根据材料而设计，为使用于驱动反应的所用能量数量最大化，该材料对于所用电磁能是基本透明的。此外，感受器可用场聚集器来增加电磁能强度(之后将在本部分公开场聚集器的使用)。本方法用于反应气体或破坏污染物的感受器穿透深度大于感受器整个宽度，且允许约50％的来自所用能量源(其位于相对面)的空腔中的总能量存在于相互作用的宽度内，用于所用能量和气体/颗粒物质之间的相互作用。然而，若该处理方法需要散射所用能量，则穿透深度应为感受器宽度的约1/3。

例3：若需要处理方法的结合作为化学反应或破坏污染物的最好方法，则需要感受器吸收、透射、反射和散射电磁能。感受器中所用电磁能的吸收可产生热，或产生荧光辐射发射、热发光辐射发射或帮助产生荧光辐射。例如，所用的紫外(UV)能量源可用于在感受器中或在场聚集器上产生磷光辐射、用于磷光辐射和气体/颗粒物质的相互作用从而驱动反应。所用UV能量也可与气体/颗粒物质相互作用。这种用于感受器或场聚集器的物质可以是磷光物质。

感受器穿透深度必须允许所用UV能量穿透感受器进行a)与感受器的体积相互作用产生荧光辐射和/或b)直接在所用UV能量和气体/颗粒物质之间的体积相互作用。因此，若将UV和微波能量用于同一感受器，其它的相互作用可能出现于所用能量、感受器构造材料、场聚集器和气体物质(或颗粒)之间。施加到空腔的UV能量可按前述相互作用，然而微波能量a)可在磷光材料中产生热发光，b)在感受器中由所用微波产生热量，和/或c)可提高主要由所用UV能量产生的磷光辐射。因此，若同一感受器所用能量仅为微波则可能出现其它相互作用。该微波能量a)可被完全吸收用于热处理气体，b)可被部分吸收并与用于相互作用的气体物质相互作用，c)可用于加热感受器并产生UV辐射的热发光，其与气体物质相互作用，或d)上述a、b、和c中所述的相互作用的结合。

本实施例，即例3，论述了所用电磁能、荧光辐射和热发光辐射与感受器构造材料和感受器结构之间相互作用的潜在复杂性。如之前发明背景部分所述，构造材料以及感受器结构将影响所用电磁能穿透感受器并与之相互作用从而a)产生热量，b)用于与气体/颗粒物质相互作用，c)产生荧光，和d)产生热发光的能力。同样，荧光和热发光辐射在感受器结构内穿透有限距离并与用于化学反应或污染物破坏的气流中的气体/颗粒物质相互作用的能力对于感受器设计而言是重要的。荧光辐射可为磷光、白热光或由热离子辐射或热电辐射产生的场。

在实施例3中，透射、吸收、反射和散射存在于感受器内的每一个波长的能量变得重要。并不由某种材料构造感受器，感受器最好由超过一种材料构造而成，这将使得所用电磁能波长穿透感受器并与之体积地相互作用。必须选择感受器的构造和设计以及感受器构造材料来防止感受器的结构设计屏蔽所用电磁能的波长。并且，感受器的透射、吸收、反射和散射性质由构造材料的主体密度、以及构造材料中的孔隙尺寸、孔结构和孔隙率所影响。

就其最广泛的意义而言，本发明是一种改进设计，其采用具有垂直于气流流动的横截面的空腔几何形状，且形状为不规则形状，具有四(4)或更多边，优选矩形。优选的矩形中所用能量源位于垂直于气流流动的横截面的最长平行侧的相对表面上。所用能量源的位置和空腔与感受器几何形状不给设备提供聚集能量的光学性质，因此简化了用于与所用电磁能相互作用的感受器设计且在空腔中产生更加均匀的电磁能分布。

当感受器被设计用于处理气流的特定方法时，由于能量不会聚集，所以该设计将仅由感受器穿透深度所定，其取决于选定的感受器的相互作用宽度。因此，一旦选定气体流处理方法，一旦选定所用电磁能量数量和一旦为减少设备静压而决定了相互作用宽度，当在商业和工业应用中为了更大流速和更大废气管宽度将按比例扩大设备时感受器构造材料和感受器结构可保持恒定。为允许更大流速或更大废气管宽度，可简单地只延长能量源所在之处的不规则多边形的横截面长度。与圆柱体空腔不同，不必为了体积加热或所用能量与设备感受器内气体的相互作用而改变感受器构造材料的吸收性质来允许商业和工业工艺中的更大流速和更大管道宽度。

通过本发明的设备设计，可获得合适的污染物热处理。由于该设计简化了感受器用于在许多种流速和管道宽度下产生热量，所以人们能够很容易地通过选择操作温度和通过为了在感受器的该操作温度与湍流下所需的停留时间而设计热区域长度，来设计用于合适的气体热处理的设备。可能需要在感受器周围热绝缘以防止热损失。对所用电磁能透明的材料和使用气凝胶结构的材料将是最适于热绝缘的。气凝胶是具有超过96％的孔隙和4％的主体密度的结构。热区域长度将设计成气流流动的同轴方向，其中该方向是所限定的设备幅度。

就本发明最广泛的意义而言，设计垂直于气流流动方向的空腔几何横截面和感受器相互作用宽度以在该设备中将给定量的所用能量更均匀的分布。相对于采用具有聚集电磁能的几何形状如圆柱体的设备来设计处理方法而言，由于具有更均匀的能量分布，本发明可设计用于特定处理气体和颗粒物质的方法。通过本发明，由所用电磁能对感受器的穿透深度可设计破坏污染并使气体/颗粒物质反应的方法。当感受器穿透深度是感受器总宽度的1/3或更多时，处理气体/颗粒的方法可以是1)主要为热处理，2)热、荧光、热发光、和所用能量与气流中气体或颗粒的相互作用的结合，或3)当使用对所用能量的散射来聚集所用能量而不使感受器被显著加热时，例如使用由金属球体和熔融石英构造的低损失、低介电常数感受器，该设备可主要通过所用能量和气流中的气体或颗粒之间的相互作用进行处理。

该设计相对于现有技术是有改进的，因为现有技术采用圆柱体结构。圆柱体结构容易在感受器中聚集能量。当操作设备时，所聚集的能量会产生几个问题。一个问题是所聚集的能量促进了导致热量逃逸的条件。该逃逸会引起感受器材料融化，在感受器中产生液体材料池。另一问题是所聚集的能量将不允许所用能量对感受器进行体积加热。这种聚集将需要对感受器构造材料的吸收性质进行分级以抵消该聚集，然而这种方法起不到什么帮助。而且，因为其吸收性质，圆柱形空腔中的感受器更难以按比例放大来获得更大流速和管道宽度。另一问题是所聚集的能量能导致复合材料和底材上涂层之间的劣化反应。劣化反应会引起材料在低共熔温度熔化，导致物件易脆且改变所用电磁物质和感受器之间的相互作用，改变用于后续用途的性质。

本发明的另一方面是一种增加该设备效率的传热方法，其对用于化学反应或破坏污染物的气体进行处理。可商购的磁电管通常是65-70％之间的效率。因此初始投入系统的能量损失了30-35％。本发明的一个方面是使用该能量的传热过程。

在该传热过程中，热量在由提供所用电磁能的管所产生的热能和包含气体和颗粒物质的入口化学物流之间透射。该方法采用来自管道的热量对入口化学物流、或入口化学物流的一部分在其进入设备之前进行预热。该用于预热入口化学物流的传热过程将降低运行这种设备的成本。来自所述管的热量与入口化学物流进行交换，通过商业磁电管、传热管、热电设备上的冷却片或者使流体循环围绕该管道并在散热器释放热量的冷却系统进行。在入口化学物流由来自管道的热量预热之后，该入口化学物流被a)来自空腔壁、b)来自位于设备出口端之后的常规热交换器(换热器)、或c)来自空腔壁和常规换热器的传热进一步加热。

本发明的另一方面是感受器设计，其在本发明中描述为气体可渗透的宏观人工介电体。该气体可渗透的宏观人工介电感受器设备可以是蜂窝结构、泡沫、或具有图案的织造织物过滤器、或由离散感受器组成的结构。该宏观人工介电感受器可设计为a)用于特殊空腔结构，b)针对由所用辐射产生的所用和后续辐射的特定穿透深度，c)用于自我限制温度，或d)用于在宏观人工介电感受器中产生自我限制的温度与在一个或多个频率下所用电磁能的能量浓度的所需比率。

本发明的该方面通过使用人工介电材料和宏观人工介电感受器将术语人工介电区别开来。人工介电材料用于描述这样的情况：物件由各自具有不同介电性质的两种或多种材料组成的复合材料构造而成，其中一种材料是基体且另一种或其它材料嵌入基体而在基体与嵌入材料之间没有实质性的化学反应。宏观人工介电感受器用于描述一种感受器，其是a)一种由材料构造的物件，其中该物件具有以特殊图案施加的涂层从而由该涂层和该物件产生人工介电结构，b)一种织造结构，其包括两种或多种不同材料如棉纱(或纱线)，其织造到一起从而形成人工介电结构，或c)一种由离散感受物件的混合物组成的结构，其中该混合物包含具有不同介电性质且彼此环绕从而形成人工介电结构的离散物件。

当感受器是由材料构造的蜂窝结构的气体可渗透宏观人工介电结构时，一些蜂窝室壁会用具有不同介电性质的材料涂覆以产生宏观人工介电体。将具有涂层壁的室模式置于蜂窝中，使得所用电磁能穿透该感受结构并加热感受器或散射能量用于与气流中气体/颗粒相互作用。该室壁模式减弱所用电磁能，通过a)部分地或完全地吸收所用能量，产生荧光辐射以加热感受器其余部分和气流，或者b)部分地或完全地散射所用能量，以聚集所用能量用于与气流相互作用或加热感受器其余体积。而且，可通过用另一种材料填充一些室从而由蜂窝结构制备宏观人工介电体。此外，大型蜂窝状宏观人工介电结构可由下列构造：1)较小的离散感受器物件，其是具有不同介电性质和/或传导性的小型蜂窝状物件，或2)较小的离散感受器物件，其为蜂窝状，具有相同介电性质并且用具有不同介电性质和/或传导性的材料粘结到一起。

阅读了这些的人应当理解的是，用于制造该蜂窝状宏观人工介电体的相同或相似方法可用于制备泡沫和织造结构的宏观人工介电体。

当将宏观人工介电感受器设计为具有由离散感受器组成的结构的设备时，该感受器可设计用于与之前在例3中所述的所用能量之间的复杂的相互作用。每个离散感受器可能均具有各自的特性用于吸收、透射、散射和反射1)所用电磁能，2)由所用电磁能产生的后续荧光辐射，和3)由每个单独感受器内的介电损失产生的热所导致的后续辐射。本发明中的离散感受器作为单元感受器是已知的。单元感受器的吸收、透射、散射和反射的单独特性由单元感受器长度、厚度、形状、复合材料结构、材料选择、孔隙率、孔径、复合介电常数的温度依赖性和导热率所影响。

既然宏观人工介电感受器由单元感受器混合物制备而得，则能够设计许多感受器结构。根据以下讨论，使用单元感受器的多功能性将显而易见。尽管宏观人工介电体内的每个单元感受器的光学性质是独立的，但是宏观人工介电感受器的结构将支配宏观感受器与所用电磁能的相互作用。宏观人工介电感受器的结构将用主要为反射性的单元感受器来进行描述。单元感受器的反射性可通过以下物质制备：在室温下的金属或金属间材料物质或者在高温下成为反射性的材料例如半导体、铁电体、铁磁体、抗铁电体、和抗铁磁体。产生反射的材料可以是a)均匀的，b)在对所用电磁能部分吸收的基体中具有第二相材料的复合材料，其中第二相物质的体积分数可用来控制单元感受器的反射量，或c)单元感受器上的涂层。而且，单元感受器的长度、宽度和形状以及反射性单元感受器之间的距离可由气体可渗透宏观感受器的反射性控制。

可设计单元感受器的形状用于反射。单元感受器的形状可以是手性的、螺旋状的、螺纹状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、针状的、板状的不规则形状的或Muller’s Spaghetti andCreamette牌的意大利细面卷状。可设计单元感受器形状以在气流中产生湍流，因此在气体或液体流中混合反应物。感受器的形状和尺寸可用于给感受器孔径分级，以容纳由于通过热区域的气体膨胀。

用于单元感受器中的温度依赖性材料可用于产生可自我限制温度的宏观感受器，并且在宏观介电体中产生自我限制的温度与在一个或多个频率下所用电磁能的能量浓度的所需比率。可通过控制体积分数、单元感受器的尺寸和形状以及为每个单元感受器所选材料产生的透射、反射、吸收和散射而产生上述结构并获得所需效果。

宏观人工介电感受器基于反射和漫反射、散射的原则工作。宏观人工介电感受器的反射性通过在宏观感受器中是主要反射性单元感受器的单元感受器的体积和相互连接性所控制。主要反射性单元感受器定义为主要反射所用能量的单元感受器。气体可渗透人工介电感受器的主要反射性单元感受器被对所用能量基本透明或主要吸收性的单元感受器所包围。随着宏观感受器中主要反射性单元感受器的体积的增加，主要反射性单元感受器的相互连接度出现，在宏观人工感受器中形成相互连接的网络。相互连接度或量将取决于主要反射性单元感受器的尺寸和形状。所用能量穿透宏观人工介电感受器的能力不仅取决于主要反射性单元感受器的体积，还取决于相互连接度和量。当整个气体可渗透宏观感受器中主要反射性单元感受器的相互连接度使得主要反射性单元感受器互联网络之间的最大距离都不能使所用能量穿透或所用能量的最大波长穿透时，气体可渗透宏观感受器自身将主要对a)所用电磁能或b)所用电磁能的最大波长是反射性的。在一些情况下，需要高相互连接度。

在一些情况下高相互连接度是有益的。成群的主要反射性单元感受器可分布于宏观人工感受器周围以促进散射。聚集主要反射性单元感受器以形成反射所用能量的一个或多个波长的形状和周界。围绕主要吸收性或基本透明的单元感受器的反射性单元感受器的体积分数和相互连接性可用于设计特定的宏观人工介电结构，a)用于基于感受器中所用能量波长的谐振腔，b)用于散射能量以与气体或颗粒物质相互作用，c)在位于其它单元感受器上的场聚集器上聚集能量，d)在感受器内聚集能量以增加气体流和荧光辐射之间的反应性，e)具有主要反射性单元感受器，其排列方式使得与宏观感受器产生大螺旋、螺纹或其它形状，f)用作屏蔽以防止所用电磁能进入空腔内的材料从而热绝缘，g)防止所用能量泄漏出空腔，h)反射所用能量至人工介电体的其它区域，以提供更高温度或增加能量用于气体/颗粒物质的反应或破坏，和i)若可能的话，调节气流温度。

相对于现有技术的设备，本发明的数种利益和优势对于阅读并理解了本发明下列实施例的经验结果的本领域熟练人员是显而易见的。表1包含的数据来自几种气体可渗透宏观人工介电感受器，其在上述本发明的具有垂直于气流流动方向的矩形横截面的空腔中暴露于2.45Ghz频率的所用电磁能。所用能量源的位置如上所述。以下每个气体可渗透的宏观人工介电感受器的实施例都使用单元感受器。

在所示时间之后在空腔中插入K型热电偶。在插入热电偶之前，关闭所有磁电管电源。在这些实施例中，标明为铝硅酸盐(AS)陶瓷的单元感受器由85/15wt％的EPK高岭土/KT球粘土混合物制备。由人工介电材料制备的单元感受器具有由85/15wt％的EPK高岭土/KT球粘土混合物制备的铝硅酸盐基体。由人工介电材料制备的单元感受器组合物标为AS-(第二相材料的体积百分率)，即AS-12SiC。每种第二相材料的颗粒尺寸都小于-325US网筛孔径。视觉观察产生可见发光-即赤热的时间。所有的实施例均为独立试验。

气体可渗透宏观人工介电感受器暴露于来自16800瓦磁电管的约12.6KW的电力。垂直于流动方向的横截面尺寸是宽7英寸且长14英寸。空腔幅度22英寸。八个磁电管位于横截面区域的最大平行侧的每一个相对侧上。在每一侧上，八个磁电管配对成组，且沿着空腔幅度该四对依次成组。在这些试验结果实施例中，所有的单元感受器形状为意大利细面卷状(螺丝粉(rotini))。该意大利细面卷在宏观人工介电感受器中产生了大量自由体积，超过70％的自由体积。

在这些实施例中的试验结果显示了本发明的独特性，并且在理解了对结果的讨论之后，读者将很清楚这些结果的涵义，其显示了数个相对于现有技术优越性。

讨论1：当比较实施例4和5的结果时，可发现更大的SiC体积百分比(SiC在单元感受器中构成人工介电材料)减少了显示红光的时间并增加了1小时之后的温度。实施例4的宏观感受器仅由具有含6vol.％-325目SiC的铝硅酸盐陶瓷基体组合物的单元感受器构成，需要51分钟来显示红光且在1小时后具有803℃的中心温度，而实施例5的宏观感受器仅由具有含12vol.％-325目SiC的铝硅酸盐陶瓷基体组合物的单元感受器构成，需要27分钟来显示红光且在1小时后具有858℃的中心温度。比较实施例4和5，可发现宏观感受器中更大的SiC百分比产生了更快的加热速率和更高的宏观感受器温度。

表1

  实施例   宏观感受器中每个单元  感受器类型的wt％  在设备中显示 红光的时间   1小时后  的温度   评论   4   100％AS-6SiC  51分钟   803℃   5   100％AS-12SiC  27分钟   858℃   6   100％AS  29分钟   ＞1260℃   感受器温度超过K型  热电偶极限   7   50％AS  50％AS-12SiC  36分钟   1006℃   8   50％AS  50％AS-12SiC  39分钟   1008℃   3小时后的温度   9   50％AS  50％AS-12SiC  32分钟   1006℃   4小时30分钟后的温  度   10   56％AS  23％AS-30Cr2O3  12％AS-30铬酸盐  6％AS-30Fe2O3和铬酸盐  3％AS-30Fe2O3  6分钟   1142℃   11   18％AS-30铬酸盐  19％AS-30Cr2O3  32％AS-30Fe2O3/  30Cr2O3  9％AS-30铬酸盐  /30Fe2O3  3％AS-30Fe2O3  19％AS-30CaTiO3  ＜2分钟，随后 发光消失   在30分钟  后必须切  断停工。   16个磁电管中的两个  由于从气体可渗透宏  观感受器背反射而熔  化。在此大体积和高  度相互连接性产生了  极具反射性的宏观感  受器。

讨论2：当对比实施例5和6的结果时可发现，与只由铝硅酸盐陶瓷基体材料制备的单元感受器相比，在单元感受器中构成人工介电材料的SiC体积百分比更大并未显著影响显示红光的时间并且减少1小时后的温度。实施例6的宏观感受器仅由具有含12vol.％-325目SiC的铝硅酸盐陶瓷基体组合物的单元感受器构成，需要27分钟来显示红光且在1小时后具有858℃的中心温度，而实施例6的宏观感受器仅由具有含0vol.％-325目SiC的铝硅酸盐陶瓷基体组合物的单元感受器构成，需要29分钟来显示红光且在1小时后具有超过1260℃的中心温度。对比实施例5和6可发现与只由铝硅酸盐构成的单元感受器构造的宏观感受器相比，实施例5的宏观感受器中12vol.％的SiC抑制了宏观感受器的温度。

讨论1和讨论2中的比较：在讨论1中，人工介电材料构成的单元感受器中SiC的增加的体积百分率显示了在人工介电材料中更高的SiC体积增加了所用电磁能的吸收；加热速率和1小时后的温度也增长。在讨论2中，结果显示了没有人工介电材料的宏观感受器(AS-vol.％SiC)具有a)与具有12vol.％SiC的人工介电材料大约相同的加热速率和b)比具有12vol.％SiC的人工介电材料更高的温度。可以理解到相对于实施例4的实施例5中人工材料的更高SiC含量增加了宏观感受器的吸收。

当对比实施例6和实施例5，也可理解到通过由人工介电材料制成的单元感受器对所用电磁能的吸收抑制了1小时后的温度。这种温度的抑制可归因于SiC的反射性(因为SiC温度增加)。

讨论3：当将实施例7与4对比时，可发现有趣的结果。实施例7采用两种单元感受器的50/50混合物制成的宏观人工介电感受器。一种单元感受器是主要反射性的且由人工介电材料AS-12SiC(实施例5所用材料)构成。另一种单元感受器是主要吸收性单元感受器材料且由实施例6中所用AS材料构成。该两种单元感受器的50/50混合物并未在主要反射性单元感受器之间产生相互连接的网络。当仔细比较实施例4和实施例7的结果时，发现在用于由实施例4中的人工材料AS-6SiC构成的单元感受器的宏观感受器上的SiC总量约等于实施例7中宏观人工介电感受器中SiC总体积。在实施例7中，该AS单元感受器和该AS-12vol.％单元感受器的50/50混合物在宏观感受器中产生的SiC体积大约等于实施例4。然而，实施例7具有比实施例4更快的红光显示时间且更高的1小时后温度(1006℃)。由宏观感受器内SiC总体积的吸收并不能充分产生实施例7中的结果。是该结构，宏观人工介电感受器导致了增加的显红光时间和更高的1小时后温度(1006℃)。因此，包含与主要吸收性感受器混合的主要反射性单元感受器的宏观人工介电感受器结构一定是具有反射或散射所用能量的主要反射性单元感受器，并且被散射(反射)的能量被主要吸收性单元感受器吸收。主要反射性单元感受器聚集宏观人工介电感受器中的能量。

讨论4：对比实施例7、8和9的结果，发现宏观人工介电结构能产生自我限制的温度，且由于其产生自我限制的温度，所以气体可渗透宏观人工介电结构使得可以设计宏观人工介电结构为所需的自我限制温度来将所用能量进行聚集以加热气体、处理气流中污染物和反应气流中的化学物质。

讨论5：当气体可渗透宏观人工介电感受器由主要反射性单元感受器(其由包含更大体积百分率具有居里温度的半传导材料的人工介电材料制成)构造时，实施例10的结果显示了效果。主要反射性单元感受器由包含30vol.％的-325目材料(Cr2O3、Fe2O3、铬酸盐或包含了该三种物质中的两种的混合物)的人工介电体构成。人工介电材料的基体是AS材料。该由这些主要反射性单元感受器构造的气体可渗透人工介电体具有极快的显红光时间和高温(1142℃)。实施例10显示了主要反射性感受器的反射量影响宏观人工介电感受器内的加热速率、温度和能量浓度。可理解到反射量也应允许设计宏观人工介电结构成为所需自我限制温度来提供所用能量的聚集，以加热气体、处理气流中污染物和反应气流中的化学物质以及将增加人工介电感受器内的能量浓度。

讨论6：实施例11举例说明了当主要单元反射性感受器的体积分数和相互连接性太高时所发生的情况。首先看到极快的红光显示时间，然后该发光消失。在该实施例中所发生的是由于吸收所用能量而增加主要反射性单元感受器的温度，随后该增加的温度引起主要反射性单元感受器在单元感受器构造材料中或者超出居里温度、具有更大反射性，或者两者皆发生。具有增加的反射性，被超过的居里温度，主要反射性单元感受器的高体积分数和主要反射性单元感受器的极高相互连接度，该宏观人工介电感受器呈现反射性且不允许所用能量与宏观人工介电感受器体积地相互作用。来自宏观人工介电感受器的背射毁掉了两个微波管。

宏观人工介电感受器的结构是很重要的。该结构应允许所用电磁能穿透主要反射性成分之间的距离，无论是离散感受器、涂层或织造结构，使得该结构不会充当防止所用能量穿透相互作用宽度的具有截止频率的波导管集。

本发明的另一方面是使用宏观人工介电感受器用于气体反应物或污染物的吸附、再生和解吸。这种结构可与污染控制领域中已知的设备如转筒选机或其它在处理污染物的方法中采用吸附的设备一起使用。通常在该设备中，采用沸石材料或活性炭来吸附气体物质。也可使用其它形式的碳。呈物件形式的碳穿透深度一般为约1微米，且呈松散粉末的穿透深度可以是3mm。取决于其掺杂物，沸石材料具有更大的穿透深度。

宏观人工介电感受器可由单元感受器混合物制备。该混合物包括由活性碳制成的单元感受器和由沸石制成的单元感受器。而且，单元感受器可由下列材料制得：a)具有沸石作为基体且碳物质作为第二相的人工介电材料，b)具有碳物质作为基体且沸石物质作为第二相的人工介电材料，或c)涂覆了碳物质，优选活性碳的单元感受器。与本发明各方面保持一致，宏观人工介电感受器的结构应允许所用电磁能穿透主要反射性成分之间的距离，无论是离散感受器、涂层或织造结构，使得该结构不会充当防止所用能量穿透相互作用宽度的具有截止频率的波导管集。

本发明的另一方面是由于对所用电磁能的反射特性而使用半导体金属和陶瓷、离子传导陶瓷、铁磁体、亚铁磁体、铁电体和抗铁电材料。这些材料类型往往是作为颗粒或大颗粒(颗粒尺寸大于250微米)的主要吸收材料，而当这些类型材料的颗粒尺寸为50微米或更小时，这些半导体材料显著地吸收所用能量，尤其是微波区域中的波长，并达到极高温度，成为极具传导性。当这些材料在高温下极具传导性时，其变得极具反射性。来自由人工介电材料构造的单元感受器中的小颗粒尺寸SiC的反射行为(而非SiC的体积百分率)是解释实施例4、5和7之间不同行为的唯一途径。在本发明中，SiC被用作高温反射器。

如上所述这些类型的材料以及其它陶瓷材料的传导性可由材料晶格结构上的阳离子和阴离子取代所控制。通常，材料晶格结构上的阳离子或阴离子取代量少于15mol％。

单元感受器的吸收、透射、反射、散射和配合介电常数可通过采用复合材料而控制。这些复合材料是人工介电体、分层或涂层复合物，具有含粒径小于-325US网筛孔径的第二相或第三相的基体材料。用于单元感受器的复合材料可使用材料的组合，其中基体为a)形成陶瓷的金属，b)聚合有机材料，c)多晶陶瓷，d)玻璃/陶瓷材料，和e)金属间化合物。用于基体、涂层单元感受器或整个单元感受器的底材的材料包括a)来自粘土或粘土混合物的铝硅酸盐和二氧化硅，b)氧化铝，c)MgO，d)稳定或部分稳定的氧化锆，e)来自滑石的硅酸镁和二氧化硅，f)顽辉石，g)镁橄榄石，h)块滑石，i)瓷器陶瓷，j)堇青石，k)熔融石英，l)不锈钢，和m)铸铁。第二相材料可以是1)热发光材料，2)磷光材料，3)白炽材料，4)铁电体，5)铁磁体，6)亚铁磁体，7)MnO2，8)TiO2，9)CuO，10)NiO，11)Fe2O3，12)Cr2O3，13)掺杂Li2O的MnO2，14)掺杂Li2O的CuO，15)掺杂Li2O的NiO，16)CuO-MnO2-Li2O配合物，17)CuO-MnO2，18)硅化物，19)硼化物，20)铝化物，21)氮化物，22)碳化物，23)具有金属颗粒的陶瓷釉，24)具有半导体颗粒的陶瓷釉。第二相材料的形状可以是手性的、螺纹状的、螺旋状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、不规则形状的、板状的或针状的。

本发明的另一方面是增加基体和第二相材料之间化学相容性的单元感受器人工介电材料的结构的概念设计。第二相材料的尺寸可用于控制基体和第二相材料之间的化学相容性。第二相材料的更大粒径将使第二相材料与基体更相容。在本发明中，在第二相材料与基体的相容性有问题时，该第二相材料具有200微米-4毫米的粒径。化学不相容会导致基体和第二相材料交界面处的熔化或其它固态反应。熔化和固态反应会导致更大的吸收，且可能导致热量在材料中的逃逸。

本发明的另一方面是具有在基体和第二相材料之间具有可相容热膨胀的人工介电材料的单元感受器的设计。差的热膨胀相容性会导致由于操作过程中设备热循环使单元感受器易脆。该设备使用的两种方法是a)热膨胀失配少于15％的材料和b)基体和第二相材料具有相同晶格结构和基础组成，但第二相材料的晶格结构掺杂了阳离子或阴离子来改变人工介电材料中的第二相材料的电阻。以尖晶石结构为例，该基体材料可以是MgAl2O4而第二相材料可以是(Mg，Fe)Al2O4，和Fe2O3是基体而掺杂了TiO2的Fe2O3是第二相材料。此外，基体可以是AlN且第二相材料可以是掺杂了Fe+3的AlN。

可控制单元感受器导热性用于传热。导热性可通过以下方式控制：a)单元感受器材料的孔隙率，b)单元感受器的复合结构，c)高导热性材料如高纯氮化物、铝化物、硅化物、硼化物和碳化物，d)高导热涂层可用作多孔单元感受器上的涂层以增加表面的导热性，或e)通过火焰抛光感受器外表面对孔结构分级。

本发明另一方面是使用牺牲性的单元感受器或单元感受器上的涂层。该牺牲性的感受器或涂层用于化学反应或处理污染物。例如，为清除来自污染气流的NOx，可将NOx与碳反应以产生N2和CO2。在该实施例中碳是作为反应剂。因此，单元感受器或单元感受器上的涂层可由牺牲性的碳制备。在含碳单元感受器耗尽之后，宏观人工介电结构可用新的含碳感受器来补充。碳形式可以是活性碳、炭黑、煤灰、沥青、或石墨。

本发明的另一方面是在单元感受器表面上使用场聚集器。场聚集器将电磁场局部聚集使得可获得高强度电磁场以与气体/颗粒物质相互作用，用以驱动化学反应、改进化学物质之间的反应或处理污染物。场聚集器可由下列制备：a)导体、b)半导体、c)具有居里点的材料、d)导离子陶瓷、e)来自a和c的复合材料、f)来自b和c的复合材料、g)来自a和d的复合材料、和h)来自b和d的复合材料。复合材料的形状可以是手性的、螺纹状的、螺旋状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、不规则形状的、板状的、针状的或具有锐利尖点齿轮状齿的形状。在室温下或操作温度下，场聚集器的尺寸可以是所用电磁能在材料构造中的穿透深度的1-10倍。尺寸差异取决于场聚集器和单元感受器构造材料之间的化学相容性。当几乎没有劣化反应发生于单元感受器和场聚集器之间时，则场聚集器尺寸，基于其对构造材料的穿透深度，在操作温度下可以是穿透深度的1-10倍。若有严重劣化反应发生于单元感受器和场聚集器之间时，则场聚集器尺寸应当避免促进反应，为200微米-4毫米。

此外，在场聚集器和单元感受器之间可以存在屏障途层以防止场聚集器和单元感受器之间的劣化化学反应。用于场聚集器的材料包括1)热发光材料、2)磷光材料、3)白炽材料、4)铁电体、5)铁磁体、6)亚铁磁体、7)MnO2，8)TiO2，9)CuO，10)NiO，11)Fe2O3，12)Cr2O3，13)掺杂Li2O的MnO2，14)掺杂Li2O的CuO，15)掺杂Li2O的NiO，16)CuO-MnO2-Li2O配合物，17)CuO-MnO2，18)硅化物，19)硼化物，20)铝化物，21)氮化物，22)碳化物，23)具有金属颗粒的陶瓷釉，24)具有半导体颗粒的陶瓷釉、25)产生热离子发射的材料、和26)热电材料。

本发明的另一方面是从单元感受器和场聚集器产生臭氧。当两种导体或半导体场聚集器之间的距离(间隙)变得足够接近以致于引起由所用电磁能产生的场的火花放电时，则产生臭氧。在由人工介电材料构造的单元感受器表面上可出现同样类型的放电。火花可发生在人工介电体中的第二相物质的裸露表面之间的间隙，从而产生臭氧。这可在高温且当第二相材料的体积分数超过20％时出现。而且，在包括场聚集器的两个单元感受器之间和来自两个单元感受器的第二相材料裸露表面之间的间隙可出现放电。

本发明的另一个实施方案是传热方法。本发明实现了入口化学物质流在进入设备之前获得热量或被预加热，该设备用于热处理或其它处理方法，通过将从所用能量源产生的热量提供给入口化学物质流的热量交换方法进行处理。该能量源可以是任何产生所用能量的设备。这种设备通常在低效率下运行并产生热量。这种预加热入口化学物质流的传热方法将减少这种设备的运行成本。来自管道的热量可与入口化学物质流进行交换。在入口化学物质流被来自管道的热量预加热之后，入口化学物质流可由下列传热进一步加热：a)来自腔壁，b)来自位于设备出口端之后的传统热交换器(换热器)，或c)来自腔壁与传统换热器两者。

附图简述

附图1是沿设备幅度与设备宽度的纵轴方向的根据本发明的设备横截面。

附图2是具有绝热层的附图1的设备。

附图3是垂直于流动方向的设备横截面，其显示了感受器9与感受器穿透深度14的关系。

附图4是表示传热过程的流程图。

附图5是表示该气体可渗透的宏观人工介电感受器的二维图，该感受器由代表单元感受器的物件构成，其中一种单元感受器是主要反射性的，而另一种单元感受器是主要透明的或部分吸收性的。

附图6是表示该气体可渗透的宏观人工介电感受器的二维图，该感受器由代表单元感受器的物件构成，其中单元感受器具有主要反射性单元感受器的相互连接网络。

附图7是由人工介电材料构成的单元感受器。

附图8阐述了单元感受器上的场聚集器。

附图9阐述了在单元感受器的表面上、嵌入表面中，或嵌入感受器内部的场聚集器。

优选实施方案的详细说明

本发明是一种设备，其使用气体可渗透结构作为电磁能感受器，以为所需产品反应气体，或处理污染物以产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气。该设备具有特殊的空腔几何形状、来自能量源的所用能量进入空腔的位置、由感受器穿透深度所设计的感受器、和在不改变感受器与所用能量的相互作用或感受器穿透深度的情况下放大该设备用于更大气流流速的手段(因为该设备被设计用于通过从所用电磁能进入空腔的位置和空腔结构进行几乎线性放大而增加设备尺寸)。

本发明的另一方面是增加设备效率的传热方法。

本发明的另一方面是一种气体可渗透的宏观人工介电感受器，其反射、散射和聚集所用电磁能，该电磁能用于a)为所需产品反应气体，或处理污染物以产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气，b)调节气流温度，c)防止设备过热，d)防止构造材料之间的劣化反应，e)加热气流，f)产生一种设备，其尺寸足以从含碳感受器和含沸石感受器的混合物中吸附和再生气体物质，和g)产生自我限制的温度与所用能量浓度之间的所需比率以执行所需功能。

本发明的另一方面是单元感受器的结构，其可组成气体可渗透的宏观人工介电感受器。

本发明的另一方面是在单元感受器上使用场聚集器，以通过与所用电磁能的相互作用来产生局部电磁场。

设备的完整部分是空腔1，入口孔2，其对于气体和颗粒可渗透且提供防止所用电磁能选出空腔的手段，出口孔3、其对于气体可渗透且提供防止所用电磁能逸出空腔的手段，空腔开口4，其允许所用电磁能进入空腔，透镜5，其会聚或发散空腔中的所用电磁能，和若需要的话，提供气密密封以防止气体和颗粒逸出空腔，所用能量6，电磁能源7，波导8，和感受器9，其是设备上的感受区域。

附图1、2和3的讨论阐述了为所需产品反应气体或处理污染物以产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气的设备构造、祥述了设备的运行方式且以其最广泛的意义公开了本发明的主要实施方案。

附图1是在本发明中作为设备幅度的设备轴向、纵向部分。在附图1中，设备的几何轴通过以箭头W表示宽度和箭头B表示幅度而表示。该设备具有矩形空腔1，其具有入口孔2，反应气体或污染物由此进入空腔。入口孔2设计成对气流中的反应气体、污染物和颗粒可渗透。反应气体、污染物和颗粒进入空腔1，通过入口孔2，且进入感受器9。随着反应气体、污染物和颗粒流过感受器9，通过所用电磁能6与感受器9的相互作用所产生的必要处理手段，气体反应物转化为产品或者污染物和颗粒转化为符合国家法律的可排入环境的清洁空气。该产品和清洁气体通过出口孔3离开空腔1。在所用电磁能6与感受器9之间的相互作用通过如下方式提供处理手段：a)通过主要的热处理方法使所有或极大量的所用电磁能6在感受器9中被吸收并产生热，b)通过使电磁能主要与气体反应物、污染物和颗粒相互作用而感受器9没有吸收大量所用能量6来产生热的方法，c)通过结合方法a和b的方法，或d)通过方法c和其它后续荧光辐射、热发光辐射、热离子发射和热电的联合作用帮助处理气体反应物、污染物和颗粒的方法。

处理方法由所用电磁能6与组成感受器9的构造材料的相互作用决定。所用电磁能量6可以是超过一种频率、UV、IR、可见光和微波。所用电磁能6通过位于空腔1相对侧上的开孔4进入空腔1，如附图1、2和3所示。所用电磁能6从电磁能源7产生，通过波导8，且可通过位于空腔开口4的透镜5，随后与感受器9相互作用。若透镜5不是设备操作条件所必需的，则所用电磁能6可仅通过空腔开口4进入空腔1。

反应物气体、污染物和颗粒通过入口孔2进入感受器9用于处理。可由感受器9的结构产生湍流以提供更好的混合。特殊处理方法所需的在设备中的停留时间通过增加设备的幅度提供，其包括增加感受器9和空腔1的幅度。此外能量源7、波导8、和空腔开口4可沿设备幅度排列以提供用于为感受器提供所需能量进行处理。这种在相对面上的额外的能量源7、波导8、和空腔开口可由本领域任何熟练人员排布以提供最佳条件。控制所用能量电子方法和启动方法可由本领域熟练人员运用而不会脱离本发明实施方案。该设备可在水平位置或垂直位置运用于操作中。

附图2提供了与附图1相同的视图。附图2阐述了热绝缘体10和防止气体、污染物和颗粒流过其边界的薄绝热屏障11的位置。热绝缘体10和薄绝热屏障11在感受器幅度方向包围感受器9周界。热绝缘体10和薄绝热屏障11由对所用电磁能透明的材料构成。对所用电磁能透明的材料可以是高纯氧化铝、铝硅酸盐、MgO、块滑石、顽辉石、镁橄榄石、氮化物、陶瓷瓷片、熔融硅酸盐和纤维或泡沫形式的玻璃。用于热绝缘体10的优选材料结构是气凝胶。该绝热层10和薄绝热屏障11用于防止空腔1和波导8和能量源7被处理方法的热量不利地影响，其会导致不需要的热膨胀、腐蚀和电子劣化。

附图3是垂直于从入口2至出口3的气流方向的设备横截面。用于讨论设备实施方案的方向轴显示于附图3中，且W表示宽度和L表示长度。本发明的设备实现了垂直于空腔1中气流方向的空腔横截面的几何形状14、空腔1中开4的位置、感受器的穿透深度13、和相互作用宽度12。垂直于气流方向的空腔横截面几何形状14是不规则多边形，其将两个平行侧的最大尺度作为其长度。优选的不规则多边形具有四(4)个边且是如图3所示的矩形。该实施方案并不局限于具有四个边的不规则多边形，该不规则多边形必须至少四个边。

本发明实现了垂直于感受器9的流动方向的感受器横截面区域的几何形状，其与垂直于流动方向的空腔横截面区域几何形状14相同。本发明实现了空腔1中开口4的位置，其位于垂直于流动方向的空腔横截面14的最长平行方向(将其称作横截面14的长度)的相对侧上。

感受器9在本发明中实现为具有与电磁能体积的相互作用的设计。感受器9设计成具有在操作温度下由所用电磁能6产生的感受器穿透深度13，其不低于感受器宽度的1/3。该所实现的设计使得最少50％的所用电磁能6存在于感受器9的每一半体积中，其中感受器的半体积由相互作用宽度12、感受器长度、感受器幅度的乘积所定义。相互作用的宽度等于空腔1内部尺寸宽度的一半。所实现的感受器设计使得a)在所用能量6和感受器9之间存在体积相互作用，和b)在所用能量6和反应气体、污染物和颗粒之间存在体积相互作用。该矩形空腔设计并不由矩形空腔1的几何形状或感受器的矩形形状聚集能量。若感受器是均质材料，则感受器的矩形形状与来自开口4的所用电磁能量6在空腔1中光学地相互作用，就像感受器为平透镜一样。另一方面，若垂直于流动方向的空腔横截面的几何形状和垂直于流动方向的感受器横截面的几何形状是环形且所用能量从位于空腔周界周围的开口进入这种空腔，则所用能量将趋于在环形感受器中会聚。

在本发明中，该设备实现了线性放大设备用于具有更大流速的气流而不用再次设计感受器的穿透深度13的能力。通过保持感受器9和空腔1的宽度，同时延长感受器9和空腔1的长度则可简便地获得线性放大。感受器的穿透深度13和相互作用宽度12将保持恒定。可在空腔1中沿延伸长度添加更多能源7、波导8、开口4以给空腔提供更多能量，但是所涉及的成本远低于再设计感受器性质，其与所用电磁能相互作用以提供所用能量和感受器及空腔的新尺寸和几何形状之间的体积相互作用。此外，通过增加能量来在与较低流速相同尺寸的空腔中处理更高流速的成本会需要使用昂贵的产生电磁能的高能管。

如附图3所示，本发明的另一方面是使用以倾斜角度横切空腔1表面的波导8以在空腔1中产生大开口4，其允许所用电磁能4被用在感受器的更大表面上。而且，使用波导8使得能源7远离空腔，从而减少了热量和能源7之间的任何劣化相互作用。

空腔1的尺度可针对所用电磁能的频率和所用电磁能的TE和TM模式进行设计。可调节空腔尺寸来适应某种功率下的TE和TM模式，其使感受器加热的更加均匀。

通过由反射性人工介电材料、以交叉镍币(cross-nickel)形式排列的偏光器、费米格(fermi-cage)、衰减器或波浪路径制备的穿孔物件，入口2和出口3能防止所用电磁能6逸出。

腔1的壁厚由用于所用频率的材料的皮层(skin)深度所定。壁厚至少是所用频率的三(3)层材料皮层深度。当超过一种电磁能频率被应用于空腔时，材料的皮层深度由辐射的最低频率所定。

选出用于空腔1的构造材料取决于操作温度。该材料可以是不锈钢、铝、铝合金、镍、镍合金、铬镍铁合金(inconel)、钨、钨合金、铝化物、硅化物、钒合金、铁素体钢、石墨、钼、钛、钛合金、设计用于反射入射辐射的人工介电材料、铜合金、铌合金、铬合金、铬镍铁合金(inconel)、铬酰、镍基热电偶合金、铜/康斯坦丁合金和其它高温合金。对于射频而言，可使用下列透明材料：例如氧化铝瓷、锆石瓷、氧化锂瓷、高温瓷、玻璃、氧化铝、多铝红柱石、熔融二氧化硅、石英、镁橄榄石、块滑石、堇青石、顽辉石、BN、AlN、Si3N4、在所用频率显示低介电和传导损失的氧化物和其它聚合物。

在一个或多个频率下的所用电磁能可通过邻接于宏观感受器的壁中的开孔4进入空腔，或被引导通过空腔从邻接于侧壁的透明绝热体上方、下方或穿过其中到达宏观感受器。所用能量可进入单个或多个包括嵌入灯泡、天线或电子管(其为耦合器、透镜、槽形波导或Z形开槽波导)的开孔。所用能量6可被线性极化、环形极化或通过反射或散射极化。来自多个电偶的入射辐射可在腔中以获得更好的电磁能分布的方式而极化。

可通过开孔4传播超过一种的电磁能频率。对于波导8而言，截止频率将决定能传播通过该波导的频率。

当使用透镜5时，可采用透镜光学工程来获得所需效果。调节透镜的曲率半径来聚集或散射电磁能(所用能量的会聚和发散)。可调节透镜厚度来消除或显著减少能量的反射，使得回到辐射源的能量反射不会损坏该源。可使用透镜上的涂层来将所选波长反射回空腔。用于透镜5的材料应具有高纯(大于99％纯度)透明单晶、多晶和无定形有机与无机的低介电常数、低介电损失的材料，例如氧化铝瓷、锆石瓷、氧化锂瓷、高温瓷、玻璃、氧化铝、多铝红柱石、镁橄榄石、块滑石、堇青石、顽辉石、BN、AlN、Si3N4、氧化物和其它聚合物、MgO、熔融二氧化硅、碘化物、溴化物、聚碳酸酯、聚丙烯、和石英。可使用材料的多孔性来将所用能量散射进入空腔。为所用能量而设计多孔性。

波导8可以是角状、矩形、圆柱形、或抛物线形。最好的波导形状是如附图3所示的以倾斜角度截取空腔表面的矩形。该斜角增加了进入空腔的开口的横截面积并使进入波导的宏观感受器表面的背射和/或绝缘(其将被透射回辐射源7或减小从波导8释放的能量6)最小化。

本发明的另一实施方案是传热方法。传热方法如附图4中的流程图所述。本发明实现了入口化学物质流在进入设备进行热处理或其它换热处理方法(其将来自所用能量源的热量提供给该入口化学物质流)之前获得热量或被预热。该能源可以是磁电管、UV灯、IR灯或其它产生所用能量6的电子设备。这种设备通常运行效率低且产生热量。预热入口化学物质流的传热方法将降低这种设备的操作成本。来自管道的热量可与入口化学物质流进行交换，通过例如那些在商业磁电管、热管、热电设备、使流体在管或灯周围循环并在散热器释放热量的冷却系统中的冷却片。在入口化学物质流通过来自管道的热量进行预热之后，入口化学物质流将通过下列热传递进一步加热：a)来自腔壁，b)来自位于设备出口端之后的传统热交换器(换热器)，或c)来自空腔壁和常规换热器两者。

与人工介电设备和其它使用电磁能的设备的换热可使设备增加能量效率，还可提供增加的能量效率给在工业过程中或制备设施中的设备外部的工艺。设备增加的能量效率减少设备操作成本，而设备外增加的能量效率将由设备产生的热能利用到其它用途。这些用途可以是，但不局限于加热水用于纺织品操作中的冲洗应用、加热水用于制浆操作、预加热空气用于燃煤发电中的燃烧、预热空气、甲烷或空气和甲烷两者用于燃气涡轮发电、预热氨用于氮氧化物(NOx)的选择性非催化还原(SNCR)或氮氧化物(NOx)的选择性催化还原(SCR)并在进入将甲烷或其它气体有机物催化成更高级分子的设备之前预热甲烷或其它气体有机物。

附图4中的换热过程可具有额外步骤。这些步骤可包括额外的换热，在与传统换热器、带电空气冷凝器、热管或其它设备换热之前冷却出口化学物质流，和在进入处理入口化学物质流的设备之前混合来自不同换热方法的入口化学物质流。

本发明的另一方面是换热方法，具有下列步骤：步骤(1)电磁能源和入口化学物质流或部分入口化学物质流之间进行热交换；步骤(1a)紧接着入口化学物质流或部分入口化学物质流被出口热输出化学物质流之间的热交换进一步加热，所述换热通过与传统管式换热器、热管、带电空气冷凝器或其它设备换热进行；步骤(2)然后入口化学物质流或部分入口化学物质流进入设备待处理；和步骤(3)出口化学物质流离开设备并通过换热系统排放。该用于换热过程的方法的优点在于该设备中处于操作条件下和处于稳态条件试验测量的冷却空气在磁电管上的温度提供了展示与磁电管换热之后的环境空气的温度变化数据。约80°F的初始环境空气温度升至约130°F，提供了约+50°F的温度变化。在空气温度上这个小小的但是意义显著的上升提供了用于电磁能源、磁电管的冷却。没有这一冷却，磁电管将过热，减少其能量输出，减少电子设备寿命或其组合。该换热过程必须以这样的顺序执行：步骤(1)然后步骤(1a)。该过程不能交换步骤(1)和步骤(1a)的顺序且提供电磁能源必要的冷却。若步骤(1a)与步骤(1)交换，则离开在步骤(1a)中的热交换方法的气体将太热而不能提供用于冷却电磁能源的必要换热。

其它试验数据提供了对步骤顺序的支持。在操作条件下并在通过步骤(1a)中的换热器排放之前的出口化学物质流温度超过842°F。来自步骤(1a)的换热将过分提高入口气体温度从而不能有效冷却所用电磁能源。即使在进入步骤(1a)中的换热器之前膨胀气态的出口化学物质以降低该出口化学物质流温度，仍旧不能确保得到入口化学物质流和出口化学物质流之间的有效换热和所需质量平衡。

本发明的另一方面是换热方法，具有下列步骤：步骤(1)电磁能源和入口化学物质流或部分入口化学物质流之间进行热交换；步骤(1a)紧接着入口化学物质流或部分入口化学物质流被出口热输出化学物质流之间的热交换进一步加热，所述换热通过与传统管式换热器、热管、带电空气冷凝器或其它设备换热进行；步骤(2)然后入口化学物质流或部分入口化学物质流进入设备待处理；步骤(3a)出口化学物质流离开设备且冷却该出口化学物质流；和步骤(3b)出口化学物质流通过换热系统排出。在步骤(3a)中出口化学物质流可通过许多方法且为许多目的而冷却。步骤(3a)中的冷却可通过膨胀气态的出口化学物质，使用含液体物质的盘管，其既不与入口化学物质也不与出口化学物质相连，或其它方法进行。步骤(3a)使得可用更低成本的材料来构造步骤(1a)中的换热设备。这些材料可以是铝、铝合金、或其它。此外，步骤(3a)为工业工艺或制备设施的经济利益提供了换热过程与处理设备的应用最优化。潜在经济利益的例子有：纺织工业-采用最终用于用热水冲洗纺织品的流体来冷却步骤(3a)中的出口化学物质的经济利益；燃煤电厂-燃烧空气在步骤(3a)中预热；和燃气电厂-甲烷和燃烧空气在步骤(3a)中预热。

本发明的另一方面是换热方法，具有下列步骤：步骤(1b)电磁能源和部分入口化学物质流之间进行热交换；步骤(1c)另一部分入口化学物质流被出口热输出化学物质流之间的热交换进一步加热，所述热交换通过与传统管式换热器、热管、带电空气冷凝器或其它设备换热进行；步骤(1d)所有化学物质流在进入设备进行处理之前混合；步骤(2)，然后整个入口化学物质流进入设备进行处理；和步骤(3)出口化学物质流通过换热系统排放。若需要的话，上段中公开的步骤(3a)可加到该换热方法中。

本发明的另一实施方案是气体可渗透感受器9的结构。本发明实现了用于气体可渗透感受器9的宏观人工介电结构。所实现的气体可渗透宏观人工介电感受器可以是蜂窝结构，泡沫，或具有图案的织造织物过滤器、或由离散感受器(其在此称为单元感受器)组成的结构。本发明实现了气体可渗透宏观人工介电感受器使所用电磁能6穿透主要反射性元件(无论是离散感受器、涂层模式或织造模式结构)之间的距离，使得该结构不会充当防止所用能量6穿透相互作用宽度12的具有截止频率的波导管集。该气体可渗透宏观人工介电感受器实现了a)由某种材料构造的物件，其中该物件具有以特定模式施加的涂层，以便由该涂层和物件产生宏观人工介电结构，b)织造结构，其包括两种或更多不同的细丝(或纱线)材料，其织造到一起形成宏观人工介电结构，或c)由离散感受物件混合物组成的结构，其中该混合物包括具有不同介电性质且彼此环绕以形成宏观人工介电结构的离散物件。

当所实现的发明，即该气体可渗透宏观人工介电结构具有由某种材料构建的蜂窝结构的物件时，一些蜂窝室壁可用具有不同介电性质的材料涂覆以产生宏观人工介电体。具有涂覆壁的室的模式在蜂窝中被布置得使所用电磁能穿透感受结构并且或加热感受器或散射能量，以与气流中的气体和/或颗粒相互作用。室壁的模式通过下列方式减弱所用能量：a)部分或完全地通过吸收所用能量产生荧光辐射以加热感受器剩余部分和气体流，或b)部分或完全散射所用能量以聚集所用能量与空气流相互作用或加热感受器剩余体积。而且，所实现的宏观人工介电体可通过用另一种材料填充一些室壁来由所述蜂窝结构制得。此外，该发明实现了1)大蜂窝状宏观人工介电结构，其由较小的离散感受器物件(其是具有不同介电性质和/或传导率的小蜂窝状物件)制得，或2)较小的蜂窝状离散感受器物体，具有相同介电性质且通过具有不同介电性质和/或传导性的材料粘结到一起。本发明也实现了采用和形成蜂窝状宏观人工介电体相同或相类似的方法来由泡沫和织造织物形成宏观人工介电体的方法。

当所实现的宏观人工介电感受器被设计为由单元感受器组成的结构时，可设计感受器用于与如前在实施例3中所述的所用能量进行复杂相互作用。潜在地，每一单元感受器都具有对下列能量的独立的吸收、透射、散射和反射特性：1)所用电磁能，2)由所用电磁能产生的随后的荧光辐射，和3)在每一单独感受器中的介电损失产生的随后的热辐射。本发明中实现的单元感受器独立的吸收、透射、散射和反射特性由单元感受器长度、厚度、形状、复合材料结构、材料的选择、孔隙率、孔径、复合介电常数的温度依赖性和导热率所控制。

附图5通过使用代表单元感受器的方形的二维阵列描述了宏观人工介电感受器15的结构。尽管所实现的宏观人工介电感受器结构15内的每一个单元感受器的光学性质可以是独立的，但是所实现的宏观人工介电感受器结构15将支配宏观感受器与所用电磁能6的相互作用。宏观人工介电感受器的结构将通过主要反射性的单元感受器16来进行描述。本发明，即气体可渗透的宏观人工介电感受器15实现了如下原理：反射提供漫反射、散射，使所用能量6穿透在感受器9中的相互作用宽度12，与感受器9体积地相互作用，产生所需的处理方法，为所需产品而反应气体或处理污染物以产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气。

所实现的宏观人工介电感受器15的反射性由单元感受器16(其是宏观感受器中的主要反射性单元感受器)的体积和相互连接性所控制。主要反射性单元感受器16定义为主要反射所用能量6的单元感受器。气体可渗透宏观人工介电感受器具有由对所用能量基本透明或部分吸收的单元感受器17包围的主要反射性单元感受器16。该主要反射性单元感受器16在感受器9中散射所用能量6，聚集所用能量来与a)基本透明或部分吸收性的单元感受器17，或b)反应气体、污染物或颗粒相互作用。

随着气体可渗透宏观人工介电感受器15中主要反射性单元感受器16的体积增加，将出现主要反射性单元感受器16的相互连接度，在气体可渗透宏观人工介电感受器15内形成相互连接的网络，如附图6所示。相互连接的度或量将取决于主要反射性单元感受器16的尺寸和形状。所用能量6穿透宏观人工介电感受器15，9的能力将不仅取决于主要反射性单元感受器16的体积，也取决于相互连接的度或量。当整个气体可渗透宏观人工介电感受器15、9的主要反射性单元感受器16的相互连接度使得主要反射性单元感受器16的相互连接网络18之间的最大距离不允许所用能量6穿透或所用能量6的最大波长穿透时，气体可渗透宏观人工介电感受器9、15自身将主要反射a)所用电磁能或b)所用电磁能的最大波长，且所用能量6和感受器9之间的体积相互作用将不会出现。由相互作用的产生宽度12乘以感受器长度乘以感受器幅度所得的感受器9的体积将不会使50％的所用电磁能在体积内发生体积地扰动。

本发明实现了一种具有宏观人工介电结构的气体可渗透感受器，其使得所用电磁能6能够穿透主要反射性单元感受器16之间的距离18，从而产生了感受器9内的体积相互作用。本发明的实施方案可实施于蜂窝结构、织造织物和泡沫，此时反射性涂层施加到该结构或该结构由主要反射性感受单元的更小块构成。

本发明实现了主要反射性单元感受器16的高度相互连接性。高度相互连接性在一些情况下是有利的。本发明实现了成群的主要反射性单元感受器分布于宏观人工感受器周围以促进散射。可聚集主要反射性单元感受器以形成反射所用能量的一个或多个波长的形状和周界。

本发明实现了用于气体可渗透感受器9的宏观人工介电结构，其中围绕部分吸收性或基本透明的单元感受器17的反射性单元感受器16的体积分数和相互连接性可用于设计特定的宏观人工介电结构a)用于基于感受器中所用能量的波长的谐振腔，b)用于散射能量以与气体或颗粒物质相互作用，c)在位于其它单元感受器上的场聚集器上聚集能量，d)在感受器内聚集能量以增加气体流和荧光辐射之间的反应性，e)具有主要反射性单元感受器，其排列方式使得与宏观感受器产生大螺旋、螺纹或其它形状，f)用作屏蔽以防止所用电磁能进入空腔内的材料从而热绝缘，g)防止所用能量泄漏出空腔，h)反射所用能量至人工介电体的其它区域，以提供更高温度或增加能量用于气体/颗粒物质的反应或破坏，和i)调节气流温度。

本发明也实现了具有宏观人工介电结构的气体可渗透感受器9，其反射、散射和聚集所用电磁能，用于a)为所需产品反应气体或处理污染物以产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气，b)调节气流温度，c)防止设备过热，d)防止构造材料之间的劣化反应，e)加热气流，f)产生一种设备，其尺寸足以从含碳感受器和含沸石感受器的混合物中吸附和再生气体物质，和g)产生自我限制的温度与所用能量浓度之间的所需比率以执行所需功能。

本发明主要实现了单元感受器16，其可通过以下材料制备：在室温下的金属或金属间化合物材料物质或者在高温下成为反射性的材料例如半导体、铁电体、铁磁体、抗铁电体、和抗铁磁体。所实现的产生反射的单元感受器材料可以是a)均质材料，b)在对所用电磁能部分吸收的基体中具有第二相材料的复合材料，其中第二相材料的体积分率可用来控制单元感受器的反射量，或c)单元感受器上的涂层。而且，本发明也实现了主要反射性单元感受器16的长度、宽度和形状以及反射性单元感受器18之间的距离以控制气体可渗透宏观人工介电感受器的反射性。

单元感受器的形状可针对反射来设计。本发明实现了单元感受器的形状可以是手性的、螺纹状的、螺旋状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、针状的、板状的、不规则形状的或呈Muller’s Spaghetti and Creamette牌的意大利细面卷状。本发明实现了单元感受器形状以在气流中产生湍流，因此在气体或液体流中使反应物混合。感受器的形状和尺寸可用于给感受器孔径分级，以容纳由于通过热区域的气体膨胀。

本发明的另一实施方案是单元感受器19，如附图7所示。单元感受器19可组成气体可渗透宏观人工介电感受器15。单元感受器19形状可以是手性的、螺纹状的、螺旋状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、不规则形状、板状的、针状的、或Muller’s意大利细面卷状(rotini)。感受器19可以是人工介电材料，由均质材料制成或在由均质材料或人工介电材料制成的单元感受器上具有涂层。单元感受器19的长度应大于0.25英寸且宽度应大于1/16英寸。

单元感受器19的吸收、透射、反射、散射和复合介电常数可通过人工介电材料控制。附图7显示了由人工介电材料制备的单元感受器19的结构。单元感受器19具有基体材料20，其包含第二相材料21或第三相材料12。将人工介电材料用于单元感受器19的目的是产生主要反射性单元感受器16。主要反射性单元感受器16的反射性可通过第二相材料21或第三相材料12的尺寸、体积分数和形状控制。超过50％的第二相材料体积分数可产生第二相材料的相互连接网络，其具有与更高体积分数相同的反射性。第二相材料形状可以是手性的、螺纹状的、螺旋状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、不规则形状的、板状的或针状的。来自已知的半导体、导体、铁磁体、铁电体、亚铁磁体和抗铁磁体的第二相材料21的尺寸范围实现于本发明中。

本发明中所实现的第二相的尺寸范围是-325US网筛尺寸或更低(相当于小于46微米的尺寸)。使用所实现的小颗粒尺寸范围的原因是这些颗粒尺寸将快速吸收电磁能量，提高颗粒温度到极高温度，其中颗粒物质将具有极高传导性和/或超过居里温度，导致单元感受器成为反射性。本发明的另一实施方案是第二相材料21和基体20之间的热学膨胀失配低于15％，以防止单元感受器19易脆。本发明的另一实施方案是通过单元感受器第二相材料21(使其是与基体材料20相同的晶体结构和基础材料)来减少热膨胀失配，但是在通过阳离子或阴离子在晶格结构中掺杂第二相材料21以增加第二相材料的导电性的同时，在基体20和第二相材料21之间产生极低热膨胀失配。本发明的另一实施方案是当单元感受器19中的基体20和第二相材料21之间出现强烈的劣化化学反应趋势时，使单元感受器19中第二相材料21的粒径处于200微米至3毫米。

此外，用于单元感受器的复合材料可以使用材料组合，组合的方式使得所选材料产生热发光、白炽光和磷光辐射。

本发明的另一实施方案是如附图8所示在单元感受器19上使用场聚集器22。本发明实现了使用场聚集器22来局部地聚集电磁能，以致可获得高强度电磁能场来与气体/颗粒物质相互作用，从而驱动化学反应、促进化学物质之间的反应或处理污染物。本发明实现了场聚集器22的构造材料为：a)导体、b)半导体、c)具有居里点的材料、d)导离子的陶瓷、e)来自a和c的复合材料、f)来自b和c的复合材料、g)来自a和d的复合材料、和h)来自b和d的复合材料。本发明实现了场聚集器22的形状可以是手性的、螺纹状的、螺旋状的、棒状的、针尖状的、球状的、椭圆体状的、碟状的、不规则形状的、盘状的、针状的或具有锐利尖点齿轮状齿的形状。

本发明实现了用于防止场聚集器22和单元感受器19之间的劣化化学反应的场聚集器22的尺寸范围，在室温下或操作温度下，场聚集器的尺寸可以是所用电磁能对构造材料的穿透深度的1-10倍。该尺寸差异取决于场聚集器和单元感受器构造材料之间的化学相容性。当几乎没有劣化反应发生于单元感受器和场聚集器之间时，则场聚集器尺寸，基于其对构造材料的穿透深度，在操作温度下可以是该穿透深度的1-10倍。若有严重劣化反应发生于单元感受器和场聚集器之间时，则场聚集器尺寸应当避免促进反应，为200微米-4毫米。

此外，本发明实现了在场聚集器22和单元感受器19之间使用屏障涂层23以防止场聚集器和单元感受器之间的劣化化学反应。而且，本发明实现了用于场聚集器22的构造材料，包括1)热发光材料、2)磷光材料、3)白炽材料、4)铁电体、5)铁磁体、6)亚铁磁体、7)MnO2，8)TiO2，9)CuO，10)NiO，11)Fe2O3，12)Cr2O3，13)掺杂Li2O的MnO2，14)掺杂Li2O的CuO，15)掺杂Li2O的NiO，16)CuO-MnO2-Li2O配合物，17)CuO-MnO2，18)硅化物，19)硼化物，20)铝化物，21)氮化物，22)碳化物，23)具有金属颗粒的陶瓷釉，24)具有半导体颗粒的陶瓷釉、25)产生热离子发射的材料、和26)热电材料。

本发明实现了在感受器19上由场聚集器22产生臭氧，如附图8所示。当两个由导体或半导体材料制成的场聚集器22之间的距离(间隙)23处于某种距离时，所用电磁能场6可从由所用电磁能产生的局部场产生火花放电时，从而产生臭氧。本发明也实现了在由附图7所示的人工介电材料构造的单元感受器19表面上产生臭氧。火花可从第二相材料的裸露表面之间的间隙24出现，从而产生臭氧。本发明实现了当第二相材料21的体积分数超过20％时，在高温可出现臭氧的产生。而且，本发明实现了来自放电的臭氧产生可出现于a)两个包含场聚集器22紧密相邻的单元感受器19之间，b)来自紧密相邻的两个单元感受器的第二相材料21的裸露表面之间，和c)两个单元感受器19之间，其中一个单元感受器19包括场聚集器22，而另一个单元感受器包括第二相材料21的裸露表面。

上述说明阐述了现在发明人已知的本发明最佳模式，且仅用于阐述性目的，因为本领域熟练人员将能够在不背离本发明精神和范围及其所附权利要求中提出的等同方案的情况下作出本方法的修改。

场聚集器

本发明实现了感受器中场聚集器的不同位置。感受器可以是宏观感受器15或单元感受器19。如附图9所示，场聚集器22可位于感受器表面，嵌入感受器表面中22a，或嵌入感受器基体中22b。感受器可具有这些场聚集器位置的组合从而产生局部电场。当场聚集器22b嵌入感受器中时，基体20由如下材料制备：具有对所用电磁能具有足够介电常数和可渗透性，和允许由嵌入的场聚集器22b在感受器表面产生局部场的足够介电常数和可渗透性。感受器可包括许多场聚集器。如附图7所示，嵌入感受器19表面的非基体材料21可作为之前所述的场聚集器来产生臭氧。此外，当场聚集器22处于表面之上时，或嵌入感受器表面22a时，感受器可以是均质材料，而非复合物。感受器的均质材料可以是对所用电磁能具有反射性、是绝缘体、是具有居里温度的材料、具有介电损失的材料或吸收至少一部分所用电磁能的材料。

本实施方案的另一方面是反射性非基体材料21b可用于反射所用电磁能至场聚集器从而增强局部电场。如附图9所示，反射性非基体材料21b是在室温下主要反射所用电磁能的材料或在大于室温的温度变得对所用电磁能具有反射性的材料。

本发明也是一种局部聚集所用电场来促进化学反应的方法，在选自以下的位置分布有单个的场聚集器：底材表面、嵌入底材上、和嵌入底材表面，其中单个的场聚集器由成形材料组成且该形状和材料能够在场聚集器附近由场聚集器和所用电场之间的相互作用产生局部聚集的电场。

单个的场聚集器形状可选自：手性状、螺纹状、成形圆柱体状、管状、螺旋状、棒状、板状、针尖状、球状、椭圆体状、碟状、不规则形状、板状、针状、卷曲状、和意大利细面卷状。

单个的场聚集器尺寸优选为1纳米-1米。

用于单个场聚集器的材料优选自：能够产生电场的材料、硫属化物、金属合金、固溶晶体材料、铁基合金、贵金属合金、人工介电体、非基体物质的体积分数小于50％的人工介电材料、非基体物质的体积分数大于等于50％的人工介电材料、产生热离子发射的材料、热电材料、金属陶瓷、复合材料、有机聚合基体复合物、陶瓷基体复合物、金属基体复合物、共聚物、Co合金、Ni合金、抗铁磁体、抗铁电体、顺磁体、具有居里温度的材料、玻璃体材料、金属材料、亚铁磁体、铁电体、铁磁体、半导体、导体、固态离子导体、非化学计量比的碳化物、非化学计量比的氧化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氮化物、金属间化合物、氢氧化物、热发光体、荧光体、硼化物、具有低介电常数和低介电损失的材料、具有交介电常数和低介电损失的材料、Fe、Co、Ni、硅化物、氮化物、铝化物、具有高介电常数和高介电损失的材料、具有高介电常数和中等介电损失的材料、碳化物、氧化物、锐钛矿、硫化物、硫酸盐、碳酸盐、FeO、CuO Cu2O、MnO2 Mn2O5、NiO、Fe2O3、Fe3O4、Li2O-NiO、掺杂二价阳离子的TiO2、掺杂三价阳离子的TiO2、掺杂Ti+4的Fe2O3、CuO-MnO2、Cu2O-MnO2、Li2O-Cu2O、Li2O-CuO、Li2O-MnO2、SiC、WC、TiC、TiCx-yOy、TiC1-x、TiO2、非化学计量比的氧化钛、TiO、Ti2O3、非化学计量比的氧化锆、锐钛矿、β-氧化铝、α-氧化铝、Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、(Na、Li)-β-氧化铝、碳、石墨、ZnO、CuS、FeS、CoO、铝酸钙、炭、Ni、Co、Fe、NiFe合金、MgTiO3、MnTiO3、NiTiO3、CoTiO3、FeTiO3、LiNbO3、MnTiO3-x、NiTiO3-x、MgTiO3-x、CoTiO3-x、FeTiO3-x、p-型材料、n-型材料、掺杂阳离子的以p-型为主的材料、掺杂阴离子的以p-型为主的材料、掺杂阳离子的以n-型为主的材料、掺杂阴离子的n-型材料、金属、无定形材料、和非化学计量比的氮化物。

涂层也可位于底材和场聚集器之间，其中涂层具有选自以下的作用：含有催化剂用于催化的涂层，防止场聚集器和感受器构造材料之间的劣化反应的涂层，用于将场聚集器粘结到感受器的涂层，在场聚集器和感受器构造材料之间提供电绝缘的涂层，当涂层材料具有高介电常数和低介电损失时产生局部强电场的涂层，当涂层材料具有中等介电常数和介电损失时产生局部强电场的涂层，在涂层由于场聚集器的场强度而发热时的半导体涂层，和其组合。

底材优选由低介电损失的材料构成，选自：氧化铝、铝硅酸盐陶瓷、铝硅酸镁陶瓷、硅酸镁、硅酸钙、铝硅酸钙、粘土、沸石、氧化镁、硅铝氧氮陶瓷、氧氮化物、无机玻璃、有机玻璃、有机聚合物、结晶有机聚合物、聚合物复合物、堇青石、顽辉石、镁橄榄石、块滑石、氮化物、瓷、高温瓷、玻璃陶瓷、相分离玻璃、锂-铝硅酸盐、特富龙、有机共聚物、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯、和其组合。

底材也可由选自下列的材料构造：无定形材料、多晶材料、抗铁磁体、抗铁电体、顺磁体、人工介电体、非基体物质的体积分数小于50％的人工介电材料、非基体物质的体积分数大于等于50％的人工介电材料、产生热离子发射的材料、热电材料、金属陶瓷、复合材料、具有居里温度的材料、玻璃体材料、金属材料、亚铁磁体、铁电体、热变色材料、光变色材料、铁磁体、半导体、导体、固态离子导体、非化学计量比的碳化物、非化学计量比的氧化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氮化物、金属间化合物、氢氧化物、非化学计量比的氮化物、热发光体、非化学计量比llmenitic结构、荧光体、硼化物、具有低介电常数和低介电损失的材料、具有高介电常数和低介电损失的材料、氧化物、硅化物、氮化物、铝化物、具有高介电常数和高介电损失的材料、具有高介电常数和中等介电损失的材料、碳化物、氧化物、锐钛矿、硫化物、硫酸盐、碳酸盐、玻璃陶瓷、相分离玻璃、离子导体、催化剂、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理粘土矿物而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止滑石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃以下的某一温度和持续时间来处理滑石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止沸石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理沸石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止氢氧镁石材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理氢氧镁石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理水铝矿而得的材料、或其组合。

优选的粘土矿石选自蒙脱石、球粘土、伊利石、地开石、多水高岭石、云母、沸石、高岭土(koalinite)、伊利粘土、pyropholite、多水埃洛石、膨润土、绿泥石、及其组合。

任意两个场聚集器之间的距离防止火花的形成。

场聚集可用于选自以下的功能：驱动化学反应、帮助化学反应、驱动聚合、帮助聚合、帮助催化、低聚(oglomerization)、或其组合，其中该反应以以下物质的物相出现：等离子体、气体、固体、液体、含颗粒流体、和其组合。

单个的场聚集器的尺寸优选小于在构成单个场聚集器的材料中所用电磁能的至少一个波长的穿透深度的20倍。

场聚集优选具有选自下列的功能：重整烃、引发聚合、将氮氧化物还原为氮(N2)、将NO还原为氮(N2)、将NO2还原为NO、将NO2还原为氮(N2)、将SOx还原为硫(S)、将SO3还原为SO2、将SO4还原为SO2、将SO3还原为SO2、产生化学合成、允许灭菌、产生烃裂解、降低化学处理活化能、将挥发性有机化合物氧化为二氧化碳和水、将一氧化碳氧化为二氧化碳、合成药物、在烃存在的情况下还原NOx、合成生物柴油、在有H2O的情况下用氢供体物质重整烃、在有H2O的情况下用甲烷重整烃、在甲烷、水、烃和二氧化碳的存在下重整烃、在氢和甲烷存在下重整烃、在金属卤化物存在下聚合烃、在氨存在下还原氮氧化物、在含铵化合物存在下还原氮氧化物、处理污染物以形成可根据国家法律排放入环境的清洁空气、产生烃的氧化键断裂并产生烃的非氧化键断裂，其中该反应发生于以下物质的物相中：等离子体、气体、固体、液体、含颗粒流体、和其组合。

场聚集的方法用于某种气氛中，该气氛优选选自还原气氛、氧化气氛、一个大气压下的气氛、低于一个大气压下的气氛、高于一个大气压下的气氛、和其组合。

场聚集器的电子性质优选选自p-型材料、n-型材料、掺杂阳离子的以p-型为主的材料、掺杂阴离子的以p-型为主的材料、掺杂阳离子的以n-型为主的材料、掺杂阴离子的以n-型为主的材料和其组合。

场聚集器材料的电磁性质优选通过晶体缺陷控制。该缺陷优选选自本征缺陷、非本征缺陷、来自阳离子取代的缺陷、来自阴离子取代的缺陷、和其组合。

该场聚集方法的操作温度优选选自以下操作条件：在所有场聚集器材料的居里温度以上的温度，在所有场聚集器材料的居里温度以下的温度，仅在非基体材料的居里温度以上的温度，仅在基体材料的居里温度以上的温度，在所有引起吸收增加的感受器材料的居里温度以上的温度，在引起吸收增加的非基体的居里温度以上的温度，在引起吸收增加的基体的居里温度以上的温度，在至少一种成份相的热量逃逸温度(临界温度)以上的温度，在所有成份相的热量逃逸温度(临界温度)以下的温度，在所有存在的相的本征介电传导物质的活化温度以下的温度，在所有成份相的至少一种本征介电传导物质活化温度以上的温度，在所有非本征介电传导物质的活化温度以下的温度，在所有成份相的至少一种非本征介电传导物质的活化温度以上的温度，和其组合。

场聚集器的优选尺寸被设计用于减少电磁感受器构造材料和场聚集器构造材料之间的任何劣化化学反应。

场聚集器也可进一步包括催化剂。

所用电磁能以连续能量、脉冲能量或其组合的形式使用。

该方法的底材也可渗透化学物质流。

示例性的化学反应是由场聚集器和所用电磁能之间的相互作用产生臭氧，通过两个或更多在由低介电损失材料构成的底材上的场聚集器在每个场聚集器之间的距离使得将电磁能施加到包含引起火花放电的所述场聚集器的底材上引起火花放电，同时含氧化学物质流通过所述底材时能够产生火花。

第二示例性化学反应是由非基体材料和所用电磁能之间的相互作用产生臭氧，通过将复合底材暴露于电磁能，其中部分非基体材料嵌入感受器表面并且暴露于具有由低损失和低介电常数材料构成的基体的感受器表面上，且将电磁能施加到引起火花放电的底材上，同时含氧化学物质流通过所述底材。

非基体材料的体积分数大于0％且优选大于20％。

涂层

本发明也是用于化学处理的电磁能涂层感受器，包括：

围绕由不同于基体材料的材料制备的非基体材料周围的基体材料，其中基体材料由具有比非基体材料更低的介电损失的材料构成，其中：

a.非基体材料初始地吸收施加到电磁感受器的电磁能，达到大于基体材料的程度；

b.非基体材料随后在基体材料中产生热；和

c.将感受器表面涂覆一种材料，该材料与至少一种频率的所用电磁能相互作用并初始地吸收电磁能且产生热。

非基体材料也能产生反射。

所述涂层形式优选选自所有感受器表面上的完整涂层、表面上的完整涂层、表面上的部分涂层、所有感受器表面上的部分涂层、具有特殊模式的涂层、包含均质材料的涂层、包含复合材料的涂层、包含超过一种材料的部分涂层、包含超过一种材料的模式涂层、包含多层不同材料的涂层、和其组合。

所述非基体材料重量百分比优选大于0.00001wt％且小于50wt％。所述非基体材料重量百分比优选大于50wt％且小于99.9wt％。

涂层优选具有与所用电磁能相关的光学介电性质，选自：透明、反射、散射、吸收、和其组合。

涂层能提供实现所述感受器选自以下的物理性质的功能：机械性质、热学性质、非基体材料的光学性质，感受器的光学性质，电磁能的吸收，电磁能的反射，电磁能的透射，电磁能的散射，电磁性质，腐蚀性质，磨损性质，压电性质，介电性质，磁性，电学性质，对所用电磁能的磁化性质，对荧光电磁能的磁化性，传导性，控制非基体材料和基体材料之间的化学相容性，调节所述感受器温度，调节过程温度，调节可用于化学处理的电磁能数量，调节可用于物理处理的电磁能数量，和其组合。

物理性质通常由涂层厚度控制。

涂层感受器可选自以下的气氛下应用：还原气氛、氧化气氛、一个大气压下的气氛、低于一个大气压下的气氛、高于一个大气压下的气氛、和其组合。

涂层可由选自下列的材料构成：金属、无定形、多晶、抗铁磁体、抗铁电体、顺磁体、具有居里温度的材料、玻璃体、金属、亚铁磁体、铁电体、铁磁体、半导体、导体、固态离子导体、非化学计量比的碳化物、非化学计量比的氧化物、碳氧化物、产生热离子发射的材料、热电材料、金属陶瓷、具有金属颗粒的陶瓷釉、氧氮化物、碳氮化物、金属间化合物、氢氧化物、非化学计量比的氮化物、热发光体、复合材料、有机聚合基体复合物、陶瓷基体复合物、金属基体复合物、硅石的晶体形式、熔融石英、石英、有机共聚物、无定形有机聚合物、晶体有机聚合物、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯、非化学计量比llmenitic结构、荧光体、人工介电材料、非基体物质的体积分数小于50％的人工介电材料、非基体物质的体积分数大于等于50％的人工介电材料、硼化物、具有低介电常数和低介电损失的材料、具有高介电常数和低介电损失的材料、硅化物、氮化物、铝化物、具有高介电常数和高介电损失的材料、具有高介电常数和中等介电损失的材料、碳化物、氧化物、锐钛矿、硫化物、硫酸盐、二氧化硅的晶体形式、碳酸盐、玻璃陶瓷、光变色体、热变色体、相分离玻璃、离子导体、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理粘土矿物而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止滑石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理滑石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止沸石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理沸石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止氢氧镁石材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理氢氧镁石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理水铝矿而得的材料、或其组合。

粘土矿物优选自蒙脱石、球粘土、伊利石、地开石、多水高岭石、云母、沸石、高岭土(koalinite)、伊利粘土、pyropholite、多水埃洛石、膨润土、绿泥石、及其组合。

涂层可由选自下列的材料构成：FeO、CuO Cu2O、MnO2 Mn2O5、NiO、Fe2O3、Fe3O4、CuO-MnO2、Cu2O-MnO2、Li2O-Cu2O、Li2O-CuO、Li2O-MnO2、SiC、WC、TiC、TiCx-yOy、TiC1-x、TiO2、非化学计量比的氧化钛、Li2O-NiO、掺杂二价阳离子的TiO2、掺杂三价阳离子的TiO2、掺杂Ti+4的Fe2O3、TiO、Ti2O3、非化学计量比的氧化锆、锐钛矿、β”-氧化铝、α-氧化铝、Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、(Na、Li)-β-氧化铝、碳、石墨、ZnO、CuS、FeS、CoO、铝酸钙、炭、Ni、Co、Fe、NiFe合金、MgTiO3、MnTiO3、NiTiO3、CoTiO3、FeTiO3、LiNbO3、MnTiO3-x、NiTiO3-x、MgTiO3-x、CoTiO3-x、FeTiO3-x、和其组合。

涂层可以是无定形材料，其处于化学处理中该材料的玻璃化温度以下。

所述所用电磁能的频率可选自：可见光、紫外线、无线电频率、微波、红外、可变的频率源、915MHz、2.59GHz和其组合。

所述感受器结构可选自手性状、螺纹状、螺旋状、棒状、板状、针尖状、球状、椭圆体状、碟状、不规则形状、板状、用于所用电磁能的至少一种波长的螺纹状触角形状、用于所用电磁能的至少一种波长的触角形状、针状、卷曲状、和意大利细面卷状、织造结构和蜂窝状结构、多腔室结构、圆柱体状、管状、网状结构、泡沫结构、毛细结构和其组合。

涂层感受器优选对化学物质流可渗透。

涂层感受器可用作选自下列操作形式的化学处理的多个感受器：流化床、浆料、感受器和化学物质流的流体混合物、颗粒感受器和化学物质流的气体混合物、填充床、颗粒感受器和固体化学物质流的固体混合物和其组合。

涂层在化学处理的操作温度下优选呈现反射性。

涂层感受器可进一步包括场聚集器，其中场聚集器的位置选自：在涂层上、嵌入涂层、在涂层中和其组合。

涂层可具有选自下列的功能：驱动化学反应、帮助化学反应、聚合、通过催化产生生物柴油、合成药物、将氮氧化物还原为氮(N2)、将NO还原为氮(N2)、将NO2还原为NO、将NO2还原为氮(N2)、将SOx还原为硫(S)、将SO3还原为SO2、将SO4还原为SO2、将SO3还原为SO2、化学合成、灭菌、裂解烃、降低化学处理活化能、氧化挥发性有机化合物、将一氧化碳氧化为二氧化碳、在烃存在的情况下还原NOx、合成生物柴油、在有H23存在的情况下用氢供体物质重整烃、在有H23的情况下用甲烷重整烃、在甲烷、水、和二氧化碳的存在下重整烃、在甲烷、水、氢和二氧化碳的存在下重整烃、在氢和甲烷存在下重整烃、在金属卤化物存在下聚合烃、在氨存在下还原氮氧化物、在含铵化合物存在下还原氮氧化物、处理污染物以形成可根据国家法律排放入环境的清洁空气、烃的氧化键断裂、烃的非氧化键断裂、催化、场聚集器或其组合，其中该反应出现于以下物质的物相中：等离子体、气体、固体、液体、含颗粒流体和其组合。

所述感受器操作温度可选自以下操作条件：在所有感受器材料的居里温度以上的温度，在所有感受器材料的居里温度以下的温度，仅在非基体材料的居里温度以上的温度，仅在基体材料的居里温度以上的温度，在所有引起吸收增加的感受器材料的居里温度以上的温度，在所有引起吸收增加的非基体的居里温度以上的温度，在引起吸收增加的基体的居里温度以上的温度，在至少一种成份相的热量逃逸温度(临界温度)以上的温度，在所有成份相的热量逃逸温度(临界温度)以下的温度，在所有存在的相的本征介电传导物质的活化温度以下的温度，在所有成份相的至少一种本征介电传导物质的活化温度以上的温度，在涂层材料的居里温度以上的温度，在所有非本征介电传导物质的活化温度以下的温度，在所有成份相的至少一种非本征介电传导物质的活化温度以上的温度，和其组合。

涂层可用于选自以下的场合：通过所述感受器材料控制所用电磁能的吸收量，调节感受器温度，通过所述感受器控制所用电磁能的反射量，及其组合。

所用电磁能通常以连续能量、脉冲能量或其组合的形式使用。

涂层可包含具有催化性质的材料。该具有催化性质的材料可具有选自下列的分子结构：无定形、岩盐、闪锌矿、反荧石、金红石、钙钛矿、尖晶石、反尖晶石、砷化镍、金刚砂、ilimenite、橄榄石、氯化铯、氟石、二氧化硅型、纤维锌矿、已知晶体结构的衍生结构、已知晶体结构的超结构(superstructure)、正硅酸盐、偏硅酸盐、水铝矿、石墨、沸石、碳化物、氮化物、蒙脱石、叶蜡石、金属间半导体、金属半导体、石榴石、假钙钛矿、正铁酸盐、六角晶系铁氧体稀土石榴石、和铁酸盐。

具有催化性质的材料也可具有选自下列的电子性质：p-型材料、n-型材料、掺杂阳离子的以p-型为主的材料、掺杂阴离子的以p-型为主的材料、掺杂阳离子的以n-型为主的材料、掺杂阴离子的n-型材料、和其组合。

涂层感受器也可在所述具有催化性质的涂层材料和所述感受器之间具有屏障涂层，以防止所述具有催化性质的涂层材料和感受器之间的劣化化学反应，帮助防止催化剂中毒，或帮助避免上述情况的组合。

催化剂材料的形式可选自：作为所有感受器表面上的完整涂层的催化剂、作为所有感受器表面上的部分涂层的催化剂、感受器表面上的颗粒催化剂、包含于感受器上的涂层中的颗粒催化剂、感受器上的涂层上的颗粒催化剂、作为在催化剂和感受器之间具有额外涂层的所有感受器表面上的完整涂层的催化剂、作为在催化剂和感受器之间具有额外涂层的所有感受器表面上的部分涂层的催化剂、和其组合。

具有催化性质的材料可以是选自下列催化剂组成的催化剂复合物：由两种或多种执行同一功能的催化剂；两种或多种催化剂，其中至少一种催化剂执行不同于其它催化剂的功能；两种或多种催化剂，其中至少一种催化剂是金属物质；两种或多种催化剂，其中至少一种催化剂具有居里温度；和其组合。

具有催化性质的材料可具有选自下列的功能：驱动化学反应、帮助化学反应、聚合、通过催化产生生物柴油、合成药物、将氮氧化物还原为氮(N2)、将NO还原为氮(N2)、将NO2还原为NO、将NO2还原为氮(N2)、将SOx还原为硫(S)、将SO3还原为SO2、将SO4还原为SO2、将SO3还原为SO2、化学合成、灭菌、裂解烃、降低化学处理活化能、氧化挥发性有机化合物、将一氧化碳氧化为二氧化碳、在烃存在的情况下还原NOx、合成生物柴油、在有H23的情况下用氢供体物质重整烃、在有H23的情况下用甲烷重整烃、在甲烷、水和二氧化碳的存在下重整烃、在甲烷、水、氢和二氧化碳的存在下重整烃、在氢和甲烷存在下重整烃、在金属卤化物存在下聚合烃、在氨存在下还原氮氧化物、在含铵化合物存在下还原氮氧化物、处理污染物以形成可根据国家法律排放入环境的清洁空气、烃的氧化键断裂、烃的非氧化键断裂、催化、场聚集器或其组合，其中该反应出现于以下物质的物相中：等离子体、气体、固体、液体、含颗粒流体和其组合。

具有催化性质的材料也可选自下列材料：由电磁能在紫外光区域激活的光催化材料、由电磁能在可见光区域激活的光催化材料、由电磁能在红外光区域激活的红外催化材料、由电磁能在微波区域激活的催化材料、由电磁能在无线电频率区域激活的催化材料和其组合。

具有催化性质的材料也可选自：贵金属、Fe、Co、Ni、Pt、Pd、Au、Ag、硫属化物、金属合金、硼化物、铁基合金、贵金属合金、人工介电体、非基体物质的体积分数小于50％的人工介电材料、非基体物质的体积分数大于等于50％的人工介电材料、Co合金、Ni合金、抗铁磁体、抗铁电体、顺磁体、具有居里温度的材料、玻璃体材料、金属、产生热离子发射的材料、热电材料、金属陶瓷、具有金属颗粒的陶瓷釉、亚铁磁体、铁电体、铁磁体、半导体、导体、固态离子导体、非化学计量比的碳化物、非化学计量比的氧化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氮化物、氧化物、氮化物、金属间化合物、氢氧化物、热发光体、荧光体、硼化物、具有低介电常数和低介电损失的材料、具有高介电常数和低介电损失的材料、硅化物、氮化物、铝化物、具有高介电常数和高介电损失的材料、具有高介电常数和中等介电损失的材料、碳化物、氧化物、锐钛矿、硫化物、硫酸盐、碳酸盐、FeO、CuOCu2O、MnO2 Mn2O5、NiO、Fe2O3、Fe3O4、CuO-MnO2、Li2O-NiO、掺杂二价阳离子的TiO2、掺杂三价阳离子的TiO2、掺杂Ti+4的Fe2O3、Cu2O-MnO2、Li2O-Cu2O、Li2O-CuO、Li2O-MnO2、SiC、WC、TiC、TiCx-yOy、TiC1-x、TiO2、非化学计量比氧化钛、TiO、Ti2O3、非化学计量比氧化锆、锐钛矿、β″-氧化铝、α-氧化铝、Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、(Na、Li)-β-氧化铝、碳、石墨、ZnO、CuS、FeS、CoO、铝酸钙、炭、Ni、Co、Fe、NiFe合金、MgTiO3、MnTiO3、NiTiO3、CoTiO3、FeTiO3、LiNbO3、MnTiO3-x、NiTiO3-x、MgTiO3-x、CoTiO3-x、FeTiO3-x、ZnO1-x、SmLiO2、LaLiO2、LaNaO2、SmNaO2、(SmLiO2)0.8(CaOMgO)0.2、(LaLi2)0.7(SrOMgO)0.3、(NdLiO2)0.8(CaOMgO)0.2、负载于氧化镁上的掺杂锶的氧化镧、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理粘土矿物而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止滑石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃以下的某一温度和持续时间来处理滑石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止沸石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理沸石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止氢氧镁石材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理氢氧镁石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理水铝矿而得的材料、或其组合。

粘土矿物选自蒙脱石、球粘土、伊利石、地开石、多水高岭石、云母、沸石、高岭土(koalinite)、伊利粘土、pyropholite、多水埃洛石、膨润土、绿泥石、及其组合。

感受器上的涂层可作为反应物与化学物质流反应获得所需产品或与污染物反应以处理污染物产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气。

该涂层可以是含碳物质，其与化学物质流反应产生氢、更高级化学物质、更低级化学物质、一氧化碳、二氧化碳或其组合。

涂层可包含选自下列的反应物：Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、NaOH、LiOH、CaCO3、Ca(OH)2、γ-氧化铝、α-氧化铝、锂络合物、在部分煅烧的铝矾土上部分吸附的锂络合物、在部分煅烧的铝矾土上部分吸附的钠络合物、二氧化硅、掺杂阳离子的二氧化硅或其组合，从而与含氟物质、氯物质、硫物质和其组合的化学物质流进行化学反应。

涂层也包含选自下列的反应物：尿素、氨、氰尿酸、碳酸铵、碳酸氢铵、氨和碳酸氢铵的混合物、甲酸铵、ammoniumoxialate、羟基自由基源、氢自由基源、奶、糖、糖浆、多糖、还原剂、及其组合，从而与含氮氧化物的化学物质流进行化学反应产生氮(N2)。

颗粒尺寸影响、基体材料、应用、材料混合物、物理性质、气氛、 操作温度和其它性质

本发明也是用于化学处理的电磁感受器，包括围绕于由不同于基体材料的材料制成的非基体材料周围的基体材料，其中：

a.基体材料由具有比非基体材料更低的介电损失的材料构成：

b.非基体材料初始地吸收施加到电磁感受器的电磁能，达到大于基体材料的程度；

c.非基体材料随后在基体材料中产生热；和

d.电磁感受器测量的最大长度为1纳米-10米。

非基体材料也能产生反射。

感受器可在选自以下的气氛下应用：还原气氛、氧化气氛、一个大气压下的气氛、低于一个大气压下的气氛、高于一个大气压下的气氛、和其组合。

感受器的功能可选自：驱动化学反应、帮助化学反应、聚合、通过催化产生生物柴油、合成药物、将氮氧化物还原为氮(N2)、将NO还原为氮(N2)、将NO2还原为NO、将NO2还原为氮(N2)、将SOx还原为硫(S)、将SO3还原为SO2、将SO4还原为SO2、将SO3还原为SO2、化学合成、灭菌、裂解烃、降低化学处理的活化能、氧化挥发性有机化合物、将一氧化碳氧化为二氧化碳、在烃存在的情况下还原NOx、合成生物柴油、在有H2O的情况下用氢供体物质重整烃、在有H2O的情况下用甲烷重整烃、在甲烷、水、烃和二氧化碳的存在下重整烃、在氢和甲烷存在下重整烃、在金属卤化物存在下聚合烃、在氨存在下还原氮氧化物、在含铵化合物存在下还原氮氧化物、处理污染物以形成可根据国家法律排放入环境的清洁空气、烃的氧化键断裂、烃的非氧化键断裂、催化、场聚集器或其组合，其中该反应出现于以下物质的物相中：等离子体、气体、固体、液体、含颗粒流体、和其组合。

感受器的操作温度可选自以下操作条件：在所有场聚集器材料的居里温度以上的温度，在所有场聚集器材料的居里温度以下的温度，仅在非基体材料的居里温度以上的温度，仅在基体材料的居里温度以上的温度，在所有引起吸收增加的感受器材料的居里温度以上的温度，在所有引起吸收增加的非基体材料的居里温度以上的温度，在所有引起吸收增加的基体材料的居里温度以上的温度，在至少一种成份相的热量逃逸温度(临界温度)以上的温度，在感受器所有成份相的热量逃逸温度(临界温度)以下的温度，在所有存在的相的本征介电传导物质的活化温度以下的温度，在所有成份相的至少一种本征介电传导物质的活化温度以上的温度，在所有非本征介电传导物质的活化温度以下的温度，在所有成份相的至少一种非本征介电传导物质的活化温度以上的温度，和其组合。

通过与所用电磁能的相互作用，非基体材料的颗粒尺寸能提供实现所述感受器以下物理性质的功能：机械性质，热学性质、非基体材料的光学性质，感受器的光学性质，电磁能的吸收，电磁能的反射，电磁能的透射，电磁能的散射，电磁性质，腐蚀性质，磨损性质，压电性质，介电性质，磁性，电学性质，对所用电磁能的磁化性质，对荧光电磁能的磁化性，传导性，控制非基体材料和基体材料之间的化学相容性，调节所述感受器温度，调节过程温度，调节可用于化学处理的电磁能数量，调节可用于物理处理的电磁能数量，和其组合。

通过与所用电磁能的相互作用，基体材料的颗粒尺寸能提供影响所述感受器以下物理性质的功能：机械性质，热学性质、基体材料的光学性质，感受器的光学性质，电磁能的吸收，电磁能的反射，电磁能的透射，电磁能的散射，电磁性质，腐蚀性质，磨损性质，压电性质，介电性质，磁性，电学性质，对所用电磁能的磁化性质，对荧光电磁能的磁化性，传导性，控制非基体材料和基体材料之间的化学相容性，调节所述感受器温度，调节过程温度，调节可用于化学处理的电磁能数量，调节可用于物理处理的电磁能数量，和其组合。

非基体材料优选具有小于-325US标准筛孔径的颗粒尺寸。非基体材料的颗粒尺寸可选自单一模式、多种模式、不均匀和均匀颗粒尺寸、和其组合。基体材料的颗粒尺寸可选自：单一模式、多种模式、不均匀和均匀颗粒尺寸、和其组合。

基体材料可选自：金属、无定形、多晶、抗铁磁体、抗铁电体、顺磁体、非基体物质的体积分数小于50％的人工介电材料、非基体物质的体积分数大于等于50％的人工介电材料、产生热离子发射的材料、热电材料、金属陶瓷、具有居里温度的材料、玻璃体、金属、亚铁磁体、铁电体、铁磁体、半导体、导体、固态离子导体、非化学计量比的碳化物、非化学计量比的氧化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氮化物、金属间化合物、氢氧化物、非化学计量比的氮化物、热发光体、非化学计量比llmenitic结构、荧光体、硼化物、具有低介电常数和低介电损失的材料、具有高介电常数和低介电损失的材料、硅化物、氮化物、铝化物、具有高介电常数和高介电损失的材料、具有高介电常数和中等介电损失的材料、碳化物、氧化物、锐钛矿、硫化物、硫酸盐、碳酸盐、玻璃陶瓷、光变色体、热变色体、相分离玻璃、离子导体、和其组合。

基体材料也可选自下列物质：FeO、CuO Cu2O、MnO2 Mn2O5、NiO、Fe2O3、Fe3O4、CuO-MnO2、Cu2O-MnO2、Li2O-Cu2O、Li2O-CuO、Li2O-MnO2、SiC、WC、TiC、TiCx-yOy、TiC1-x、TiO2、非化学计量比的氧化钛、Li2O-NiO、掺杂二价阳离子的TiO2、掺杂三价阳离子的TiO2、掺杂Ti+4的Fe2O3、TiO、Ti2O3、非化学计量比的氧化锆、锐钛矿、β″-氧化铝、α-氧化铝、Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、(Na、Li)-β-氧化铝、碳、石墨、ZnO、CuS、FeS、CoO、铝酸钙、炭、Ni、Co、Fe、NiFe合金、MgTiO3、MnTiO3、NiTiO3、CoTiO3、FeTiO3、LiNbO3、MnTiO3-x、NiTiO3-x、MgTiO3-x、CoTiO3-x、FeTiO3-x、和其组合。

基体材料可以是复合材料。

可将缺陷引入成份材料的晶体分子结构从而实现感受器选自下列的物理性质：机械性质、热学性质、化学性质、光学性质、磁性质、电学性质、对电磁能的磁化性质、传导性、催化性质、电磁性质、和其组合。该缺陷可选自本征缺陷、非本征缺陷、来自阳离子取代的缺陷、来自阴离子取代的缺陷、和其组合。

非基体材料和基体材料可具有相同的布拉维晶格结构、相似的晶体结构和化学组成，其中非基体材料包含离子取代，其比基体材料产生更大的介电损失。非基体材料和基体材料也可具有相同的布拉维晶格结构、相似的晶体结构和相似化学组成，其中基体材料的至少一个相包含离子取代，其比其余基体材料产生更大的介电损失。

电磁感受器可在非基体材料和基体材料之间进一步包括屏障涂层以防止劣化化学反应。

电磁感受器也可具有用于降低为所需用途获得所需操作温度所需能量的成份材料，且成份材料的形式选自涂层、非基体材料、基体材料、场聚集器和其组合。

感受器可用来进行化学物质的吸附、化学物质的吸收、或其组合。

感受器的导热性可用于控制介电感受器和化学物质流之间的传热，控制介电感受器导热性的方法选自：控制孔结构、控制孔隙率、使用包含具有高导热性材料的复合结构、使用增加感受器表面导热性的感受器涂层、通过火焰抛光介电感受器的外表面来对孔结构分级、和其组合。

非基体材料优选在非基体材料和基体材料之间具有小于20％的热膨胀失配。

所用电磁能可初始地截取感受器，其截取方式选自：感受器一侧、感受器的多于一侧、感受器的所有侧、感受器的相对侧和感受器的相邻侧，并且所用电磁能的至少一个波长在具有最大表面积的感受器表面的一对相反侧初始地进入感受器，而且所用电磁能至少一个不同波长在不同的一对两个相反侧初始地进入感受器。

可设计感受器尺寸使得感受器置于空腔之中，其使得空腔尺寸能够容纳所用电磁能的光学介电性质从而对于感受器光学性质而言形成能够容纳感受器中所用电磁能波长的1/4的某个倍数的谐振腔，其中该倍数等于大于1。当超过一个波长应用于感受器时，感受器的至少一个尺寸能够容纳最大波长。设置感受器尺寸来容纳特殊的横向电磁模式。

感受器可置于具有选自下列的形状的空腔中：不规则形状、斜方形、圆柱体、球体、立方体、半球体、椭圆、管状、等边多面体、正方、矩形、和多边形。也可调整空腔。

至少一种非基体材料的介电性质和所用电磁能的至少一种波长之间的相互作用可选自：对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的透过、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的吸收、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的散射、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的反射、和其组合。

基体材料的介电性质和至少一种所用电磁能波长之间的相互作用可选自：对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的透过、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的吸收、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的反射、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的散射度、和其组合。

在化学处理中，至少部分基体材料的温度可大于非基体材料的温度。在化学处理中，至少部分非基体材料的温度可大于基体材料的温度。

基体材料在大于0℃的温度下可呈反射性。

感受器可作为反应物与化学物质流反应而获得所需产品或与污染物反应处理污染物以产生符合国家法律的可排入环境的清洁空气。

该感受器可以是含碳物质，其与化学物质流反应产生氢、更高级化学物质、更低级化学物质、一氧化碳、二氧化碳或其组合。

感受器可是选自下列的反应物：Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、NaOH、LiOH、CaCO3、Ca(OH)2、γ-氧化铝、α-氧化铝、锂络合物、在部分煅烧的铝矾土上部分吸附的锂络合物、在部分煅烧的铝矾土上部分吸附的钠络合物、二氧化硅、掺杂阳离子的二氧化硅或其组合，从而与含氟物质、氯物质、硫物质和其组合的化学物质流进行化学反应。

感受器也包含选自下列的反应物：尿素、氨、氰尿酸、碳酸铵、碳酸氢铵、氨和碳酸氢铵的混合物、甲酸铵、ammoniumoxialate、羟基源、氢基源、奶、糖、糖浆、多糖、还原剂、及其组合，从而与含氮氧化物的化学物质流进行化学反应产生氮(N2)。

粘土系统

对来自粘土的材料的描述是重要的。至少有4种方式可描述粘土：

(1)非本征粘结的粘土结构：使用水或另一种粘结剂结合粘土以产生结构的粘土材料。例如通过在陶工旋盘上投粘土而形成的陶片；

(2)本征粘结的粘土结构和粘土粉末：在干燥工艺除去结合水后通过范德华力保持到一起的陶片，或干燥的粘土粉末；

(3)来自粘土的晶体物质：无论是作为成形结构或粉末，粘土均可加热到1000℃以合成高铝红柱石(铝硅酸盐相)和无水硅酸相的均质混合物；和

(4)来自粘土的中间结构：该粘土结构包含了商业中已知为结晶水的物质。中间结构是已知为当粘土加热到500℃以上时出现的假晶结构。在约500℃和约980℃或更高之间，假晶结构是包含了由于从原始晶体结构除去(OH-)离子导致的阴离子空位的粘土原始晶体结构的基体。该假晶结构可能至多在1100℃是亚稳定的。该温度范围取决于气氛条件和颗粒尺寸。

本发明也是用于化学处理的电磁感受器，包括围绕于由不同于基体材料的材料制成的非基体材料周围的基体材料，其中：

a.基体材料由具有比非基体材料更低的介电损失的烧结陶瓷材料构成：

b.非基体材料初始地吸收施加到电磁感受器的电磁能，达到大于基体材料的程度；和

c.非基体材料随后在基体材料中产生热。

非基体材料也能产生反射。

基体材料可以是烧结陶瓷，可具有晶体和玻璃相的组成，其基于氧化镁-二氧化硅化学关系，其中基体材料的镁(Mg)、二氧化硅(Si)和氧(O)重量百分比的总和是至少85wt％，且包括：

a.基体材料中MgO总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的MgO作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：硅酸镁、方镁石、和其组合；

b.基体材料中SiO2总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的SiO2作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：硅酸镁、二氧化硅、和其组合；和

c.基体材料总重量的余量选自：在选自硅酸镁、二氧化硅、方镁石、和其组合的晶体相中取代的除Si和Mg以外的阳离子，除了硅酸镁、二氧化硅和方镁石以外的具有不同于或除Mg和Si以外的至少一种其它阳离子物质的玻璃相，晶体相中的至少一种不同于或除Mg和Si以外的阳离子物质，和其组合。

基体材料也可以是烧结陶瓷，可具有晶体和玻璃相的组成，其基于氧化铝-二氧化硅化学关系，其中基体材料的铝(Al)、二氧化硅(Si)和氧(O)重量百分比的总和是至少80wt％，且包括：

a.基体材料中Al2O3总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的Al2O3作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸盐、氧化铝、和其组合；

b.基体材料中SiO2总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的SiO2作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸盐、二氧化硅、和其组合；和

c.基体材料的总重量余量选自：在选自铝硅酸盐、氧化铝、二氧化硅、和其组合的晶体相中取代的除Al和Si以外的阳离子，除了铝硅酸盐、二氧化硅和氧化铝以外的具有不同于或除Mg和Si以外的至少一种其它阳离子物质的玻璃相，晶体相中的至少一种不同于或除Si和Al以外的阳离子物质，和其组合。

基体材料可选自稳定的氧化锆、部分稳定的氧化锆、和其组合。

电磁感受器可包括的基体材料对电磁能是非反射性的，且围绕对电磁能有反射性，且由不同于基体材料的材料制备的非基体材料，且进一步包含场聚集器和在所述电磁感受器和所述场聚集器之间防止所述电磁感受器和所述场聚集器之间的劣化化学反应的涂层。

场聚集器可由选自下列的材料制备：导体、半导体、具有居里温度的材料、和导离子陶瓷。设计场聚集器的尺寸来减少电磁感受器构造材料和场聚集器材料之间的任何劣化化学反应。场聚集器可由选自下列的材料制备：MnO2-CuO、Li2O-NiO、Li2O-MnO2、Li2O-CuO、掺杂二价阳离子的TiO2、掺杂三价阳离子的TiO2、掺杂Ti+4的Fe2O3、

基体材料可选自下列晶体相：顽辉石、斜顽辉石、镁橄榄石、堇青石、方镁石、α-石英、β-石英、α-trydimite、β’-trydimite、β”-trydimite、α-白石英、β-白石英、正硅酸盐、焦硅酸盐、偏硅酸盐、硅灰石、钠长石、正长石、微斜长石、硅线石、α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、多铝红柱石、橄榄石、钙长石、和其组合。

基体材料的至少一部分可以是选自下列的玻璃相：无定形二氧化硅、铝硅酸盐玻璃、具有玻璃改性体的铝硅酸盐玻璃、磷酸盐基玻璃、相分离玻璃、锗基玻璃、苏打-石灰-硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硅酸钠玻璃、硅酸钙玻璃、苏打-石灰-铝硅酸盐玻璃、硫属化物、和其组合。

基体材料也可是具有下列组成的烧结陶瓷：基于氧化镁-氧化铝-二氧化硅化学关系的晶体和玻璃相，其中基体材料的铝(Al)、镁(Mg)二氧化硅(Si)和氧(O)重量百分比的总和是至少80wt％，包括：

a.基体材料中Al2O3总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的Al2O3作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸镁、氧化铝、铝硅酸盐、铝酸镁、和其组合；

b.基体材料中MgO总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的MgO作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸镁、硅酸镁、方镁石、铝酸镁、和其组合；

c.基体材料中SiO2总重量为5wt％-99wt％，且至多100wt％的SiO2作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：二氧化硅、铝硅酸镁、硅酸镁、和其组合；和

d.基体材料总重量的余量选自：在选自铝硅酸盐、铝硅酸镁、硅酸镁、铝酸镁、氧化铝、二氧化硅、方镁石和其组合的晶体相中不同于被取代的除Mg、Al和Si以外的阳离子，除了铝硅酸镁、铝硅酸盐、硅酸镁、铝酸镁、二氧化硅、方镁石和氧化铝以外的具有不同于或除了Mg、Al和Si以外的至少一种其它阳离子物质的玻璃相、晶体相中的至少一种不同于或除Mg、Al和Si以外的至少一种其它阳离子物质，和其组合。

基体材料可选自：氧化铝、铝硅酸盐陶瓷、铝硅酸镁陶瓷、硅酸镁、硅酸钙、二氧化硅晶体形式、铝硅酸钙、粘土、沸石、氧化镁、硅铝氧氮陶瓷、氧氮化物、无机玻璃、有机玻璃、有机聚合物、结晶有机聚合物、固溶体、陶瓷基体复合物、金属基体复合物、聚合物复合物、堇青石、石英、顽辉石、镁橄榄石、块滑石、氮化物、瓷、高温瓷、玻璃陶瓷、相分离玻璃、锂-铝硅酸盐、特富龙、有机共聚物、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理粘土矿物而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止滑石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃以下的某一温度和持续时间来处理滑石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止沸石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理沸石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止氢氧镁石材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理氢氧镁石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理水铝矿而得的材料、或其组合。

基体材料可选自热发光材料、荧光材料、低损失介电体、和其组合。将染料暴露于所用电磁能并且该染料嵌入对染料发出的射线基本透明的基体中时，则荧光体材料发荧光。该荧光材料产生的荧光辐射选自：由紫外辐射、可见光辐射、红外辐射和其组合组成的电磁频率。

非基体材料可由选自下列的材料构成：无定形、金属、亚铁磁体、铁电体、铁磁体、半导体、导体、固态离子导体、非化学计量比的碳化物、非化学计量比的氧化物、碳氧化物、氧氮化物、碳氮化物、金属间化合物、热发光体、荧光体、硼化物、硅化物、氮化物、铝化物、碳化物、氧化物、硫化物、复合材料、有机聚合基体复合物、陶瓷基体复合物、金属基体复合物、有机共聚物、无定形有机聚合物、晶体有机聚合物、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯、聚四氟乙烯、固溶体、硫酸盐、非化学计量比llmenitic结构、云母、非化学计量比的氧化锌、非化学计量配比的氮化物、二氧化硅的晶体形式、抗铁磁体、抗铁电体、有低介电常数和低介电损失的材料、具有高介电常数和低介电损失的材料、顺磁体、具有高介电常数和高介电损失的材料、具有高介电常数和中等介电损失的材料、氢氧化物、热变色体、光变色体、金属合金、非基体物质的体积分数小于50％的人工介电材料、非基体物质的体积分数大于等于50％的人工介电材料、产生热离子发射的材料、热电材料、金属陶瓷、具有居里温度的材料、硫酸盐、锐钛矿、碳酸盐、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理粘土矿物而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止滑石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃以下的某一温度和持续时间来处理滑石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止沸石材料完全转化为不可逆晶体和/或玻璃相以下的某一温度和持续时间来处理沸石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止氢氧镁石材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理氢氧镁石而得的材料、通过加热到去除结晶水的温度以上的某一温度持续一段时间并处于防止粘土材料完全转化为不可逆晶体材料以下的某一温度和持续时间来处理水铝矿而得的材料、或其组合。非基体材料也可选自：FeO、CuO Cu2O、MnO2 Mn2O5、NiO、Fe2O3、Fe3O4、CuO-MnO2、Cu2O-MnO2、Li2O-Cu2O、Li2O-CuO、Li2O-MnO2、Li2O-NiO、ZnO、和其组合。

非基体材料可进一步选自SiC、WC、TiC、TiCx-yOy、TiC1-x、TiO2、掺杂二价阳离子的TiO2、掺杂三价阳离子的TiO2、掺杂Ti+4的Fe2O3、非化学计量比的氧化钛、TiO、Ti2O3、非化学计量比的氧化锆、锐钛矿、β”-氧化铝、α-氧化铝、Na-β-氧化铝、Li-β-氧化铝、(Na、Li)-β-氧化铝、碳、石墨、CuS、FeS、CoO、铝酸钙、炭、Ni、Co、Fe、NiFe合金、MgTiO3、MnTiO3、NiTiO3、CoTiO3、FeTiO3、LiNbO3、MnTiO3-x、NiTiO3-x、MgTiO3-x、CoTiO3-x、FeTiO3-x、石英、二氧化硅的晶体形式、和其组合。

所用电磁能辐射可选自：紫外辐射、红外辐射、微波辐射、可见光辐射、无线电频率辐射、915MHz辐射、2.45GHz辐射、可变的频率源、和其组合。

感受器结构可选自手性状、螺纹状、螺旋状、棒状、板状、针尖状、球状、椭圆体状、碟状、不规则形状、板状、用于所用电磁能的至少一种波长的螺纹状触角形状、用于所用电磁能的至少一种波长的触角、针状、卷曲状、和意大利细面卷状、织造结构和蜂窝状结构、多腔室结构、圆柱体状、管状、网状结构、泡沫结构、毛细结构、和其组合。

非基体材料的形状可选自手性状、螺纹状、螺旋状、棒状、板状、针尖状、球状、椭圆体状、碟状、不规则形状、板状、针状、和卷曲状。

感受器的介电性质和至少一种所用电磁能波长之间的相互作用可选自：对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的透过、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的散射、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的散射、对所用电磁能的至少一个波长的至少5％的反射、和其组合。

非基体材料可具有大于50％且小于98％的体积分数。非基体材料可具有大于0.001％且小于等于50％的体积分数。

感受器可进一步包括涂层、催化剂、和/或场聚集器。

感受器可具有用于控制感受器选自以下的物理性质的孔隙率体积分数和孔径分布：介电性质、热性质、机械性质、光学性质、腐蚀性质、磁性质、电性质、传导性质、吸收性质、所用电磁能的磁化性、磨损性质、和其组合。

基体材料也可是具有下列组成的烧结陶瓷：基于氧化镁-氧化铝-二氧化硅化学关系的晶体和玻璃相，其中基体材料的铝(Al)、镁(Mg)二氧化硅(Si)和氧(O)重量百分比的总和是至少80wt％，其中：

a.基体材料中Al2O3重量比为5wt％-99wt％，且至多100wt％的Al2O3作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸镁、氧化铝、铝硅酸盐、铝酸镁、和其组合；

b.基体材料中MgO重量比为5wt％-99wt％，且至多100wt％的MgO作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸镁、硅酸镁、方镁石、铝酸镁、和其组合；

c.基体材料中SiO2重量比为5wt％-99wt％，且至多100wt％的SiO2作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：二氧化硅、铝硅酸镁、硅酸镁、和其组合；和

d.基体材料的重量百分的余量选自：在选自铝硅酸盐、铝硅酸镁、硅酸镁、铝酸镁、氧化铝、二氧化硅、方镁石和其组合的晶体相中不同于Mg、Al和Si的阳离子取代，在除了铝硅酸镁、铝硅酸盐、硅酸镁、铝酸镁、二氧化硅、方镁石和氧化铝以外的具有至少一种不同于或除了Mg、Al和Si以外的其它阳离子物质的玻璃相、晶体相中的至少一种不同于或除了Mg、Al和Si的其它阳离子的物质，和其组合。

基体材料也可是具有下列组成的烧结陶瓷：具有基于氧化钙-氧化铝-二氧化硅化学关系的晶体和玻璃相，其中基体材料的铝(Al)、钙(Ca)硅(Si)和氧(O)重量百分比的总和是至少80wt％，其中：

a.基体材料中Al2O3重量比为5wt％-99wt％，且至多100wt％的Al2O3作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸钙、氧化铝、铝酸钙、铝硅酸盐、和其组合；

b.基体材料中CaO重量比为5wt％-99wt％，且至多100wt％的CaO作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：铝硅酸钙、硅酸钙、铝酸钙、氧化钙、和其组合；

c.基体材料中SiO2重量比为5wt％-99wt％，且至多100wt％的SiO2作为晶体系统中的选自下列的晶体相存在：二氧化硅、铝硅酸钙、硅酸钙、和其组合；和

d.基体材料的重量百分比的余量选自：在选自铝硅酸盐、铝硅酸钙、硅酸钙、铝酸钙、氧化铝、氧化钙、二氧化硅和其组合的晶体系统的晶体相中不同于Ca、Al和Si的阳离子取代，在除了铝硅酸钙、铝酸钙、铝硅酸盐、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙和氧化铝以外的具有至少一种不同于或除了Ca、Al和Si以外的其它阳离子物质的玻璃相、晶体相中的至少一种不同于或除了Ca、Al和Si的其它阳离子物质，和其组合。

臭氧产生

本发明也包括由在电磁感受器上的场聚集器和应用到该感受器上的所用电磁能之间在电磁感受器上的相互作用产生臭氧的方法，包括步骤：

a.控制电磁感受器上的场聚集器的距离；

b.采用低损失、低介电常数的电磁感受器构造材料；和

c.将电磁能应用到电磁感受器上以产生臭氧。

该由电磁感受器上的相互作用产生臭氧的方法的第二实施方案包括步骤：

a.提供具有基体材料的电磁感受器，该基体材料对电磁能是非反射的并且围绕非基体材料，非基体材料对电磁能是反射性的并且由不同于基体材料的材料制成，其中非基体材料具有裸露表面；

b.控制非基体材料裸露表面之间的距离；

c.采用低介电损失和低介电常数的基体材料；和

d.将电磁能应用到电磁感受器上以产生臭氧。

相关申请的交叉参考

本申请要求于2003年1月27日提交的美国专利申请No.10/351769的优先权并且是其根据专利合作条约第I章的申请，No.10/351769是美国专利申请No.09/897268的部分继续申请，申请No.09/897268于2001年7月2日提交，已授权并将在2003年1月28日作为美国专利No.6512215公布，No.6512215为美国专利申请No.09/402240的分案，No.09/402240于1999年9月29日提交，于2001年8月7日作为美国专利No.6271509B1公布，No.6271509B1申请是根据PCT的第II章美国国家阶段的PCT专利申请No.PCT/US98/06647，其于1998年10月15日作为国际公布WO98/46046而公开，其要求了1997年4月4日提交的美国临时专利申请No.60/041942的优先权。

发明背景