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作为重要的化工原料以及溶解能力强的"有机溶剂"，DMF主要应用于聚氯乙烯和聚丙烯腈等合成行业的洗涤固化剂、腈纶的干法纺丝生产、医药行业的药物合成中间体、农药行业的杀虫剂、染料行业的染料溶剂、电子行业中用于镀锡零部件的淬火及电路板的清洗等。其它行业还包括作为危险气体的载体、在气液色谱分析中用作固定相、药品结晶的溶剂、粘合剂等。DMF还可与许多物质如盐酸、三氧化硫、三氟化硼等形成络合物，也有非常重要的工业意义。DMF目前在中国主要的应用是湿法合成革和腈纶的干法纺丝生产，由于国家对有毒化学试剂含量以及农药标准的提高，在农药行业的应用已经逐渐减少。DMF具有良好的热稳定性和化学稳定性，在无酸、无碱和某些卤化烃存在时，即使将其加热至沸点也不会分解。在350℃或更高温度下，DMF发生分解反应，生成一氧化碳和二甲胺，在含水溶液中沸腾时，DMF会发生水解，生成甲酸和二甲胺。