三维非线性异向介质的频率特性

为了实现异向介质的可调性,推导了埋入在非线性介质中的由金属线和谐振环构成的具有三维周期性结构的Metamaterial有效磁导率表达式,计算了Metamaterial的有效磁导率实部和虚部对外场频率的响应.结果表明,当外场频率与这种Metamaterial的线性本征频率相差越小时,材料的左右手特性的跳变点就越小,且在非线性区材料的磁响应呈现双稳特性,这种现象可能被用于实现光学双稳态和光学开关器件.     

人工合成负折射率微波媒质的一种新方法

提出了以外加磁场作用时磁导率为负的亚铁磁材料-YIG为基体,在其中嵌入等效介电常数为负的金属导体线阵列宏结构,人工合成出负折射率微波媒质的新方法。利用有效媒质理论数值计算了复合媒质的等效介电常数与等效磁导率的频率响应特性。计算结果表明存在C波段电磁波频率的重叠区域,使复合媒质的等效介电常数与等效磁导率同时为负;验证了新型负折射率微波媒质合成方法的可行性。     

梯形超材料对微带天线增益指标的改善

为改善传统单一微带天性增益较低的性能缺陷,设计一种新型带缺口梯形超材料结构,并将该结构作为微带天线覆层。采用Ansoft HFSS软件对超材料结构进行仿真,得到回波损耗和传输参数,再采用NRW反演算法求出等效介电常数和等效磁导率,从而验证该结构在7.09~7.19 GHz频段内其等效介电常数和等效磁导率同时为负的性质。对具有该结构覆层的微带天线进一步研究,其结果表明,该超材料结构与微带天线形成较好的传输匹配,增益的最大值从8.3537 dB提高到10.74 dB。该超材料结构能有效改善微带天线的增益。     

外加恒定磁场复合微波媒质负折射率条件

以亚铁磁媒质-YIG为基体,在其中嵌入金属导体线阵列是人工合成负折射率微波媒质的一种新方法。该方法采用了复合媒质磁导率张量的修正有效媒质理论,并推导出复合媒质介电常数张量的修正有效媒质理论,把在恒定磁场作用下复合媒质宏观上等效为一种磁导率和介电常数都为各向异性的媒质。分析得到了等效磁导率和等效介电常数张量,做出了色散曲线,获得了负折射率条件。     

苯胺浓度和氧化剂浓度对聚苯胺/棉复合材料的吸波性能影响

探讨了苯胺浓度、氧化剂浓度对聚苯胺/棉复合吸波材料介电常数实部、虚部、损耗角正切的影响。结果表明:苯胺浓度对复合材料的极化能力影响较大,苯胺用量达到一定浓度,介电常数的实部出现峰值,继续增加用量,介电常数实部减小。苯胺浓度对复合材料的电损耗磁波能力影响较大,苯胺用量达到一定浓度,介电常数的虚部出现峰值,继续增加用量,介电常数虚部减小。氧化剂的用量对复合材料的极化能力影响较大,氧化剂用量达到一定浓度,介电常数的实部出现峰值,继续增加用量,介电常数实部减小。氧化剂的用量对复合材料的电磁波损耗能力影响较大,氧化剂用量达到一定浓度,介电常数的虚部出现峰值,继续增加用量,介电常数虚部减小。     

极限值电磁参数材料及其在一维光子晶体结构中的应用研究

文章提出了极限值电磁参数材料的概念,证明了在含零介电常数分层介质结构中及把无穷大折射率材料设计到一维周期结构中,将会出现新的光子隧穿模式的结论,提出了如何实现和控制电磁波在极限值电磁参数材料组成的一维周期结构中的传输,如何把极限电磁参数材料和其他功能材料结合成具有特定功能的新型结构材料的关键问题,并针对性地给出研究方法,即：首先研究这种新的光子隧穿效应产生的条件和特点,然后把这种新的光子隧穿效应与有关功能材料相结合,总结出新的传输规律。文章提出的把由介电常数和磁导率负值、近零、近无穷大材料组成的一维光子晶体的研究构成一个统一的整体,拓展超材料的应用范围,促进超材料在物理学、光学及相关交叉领域的发展。     

一种新颖的多频带超材料的仿真研究

基于产生负磁导率的具有周期性的金属谐振环单元结构,采用简化了的变形分裂谐振环设计太赫兹波段二维超材料。仿真结果显示这种超材料能够实现多个的电磁响应并获得较高的Q值;通过改变该材料的周期常数,使高频端的电磁响应位置发生了红移。     

高频磁结构与磁极限关系的研究与现状

动态磁谱参数,包括微波磁导率实部和虚部、截止频率等,与材料本征磁参数、结构形貌参数的制约关系,作为高频磁性材料性能的标杆和发展方向的理论指导,一直伴随着高频磁性材料的发展而不断演变,是动态磁化物理理论研究和磁性功能材料设计所关注的核心问题。磁结构决定了极限关系式的形式,而极限关系式为磁结构的设计、应用和发展提供了理论指导。该文综合介绍了近年来国内外高频磁结构和磁极限关系研究的发展情况,着重分析两者相辅相成的关系和研究方法,并归纳了该领域的发展趋势和存在的一些主要问题。     

大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

一种新型X波段宽带左手材料的设计和特性研究

为了更简便的制备宽带内的左手材料,提出一种新型的X波段方形开口磁谐振器（SSRs）,通过将该磁谐振器与H型电谐振器的耦合,设计了一种电路板单面印刷的宽带左手材料（LeftHandMaterials,LHMs）．经过HFSS（HighFrequencyStructureSimulator）仿真,利用散射参量法计算分析了SSRs、H型谐振器的传输特性和负电磁参数特性、电磁谐振器耦合结构的负介电常数、负磁导率和负折射率．仿真证实：该结构在10．05～11．6GHz频带内具有负折射特性,较同频段其他LHMs带宽更宽．同时耦合结构可以单面印刷,尺寸较大,在一定程度上避免了传统LHMs对印刷电路板刻蚀工艺加工精度的较高要求,便于实际制备．     

多针状氧化锌晶须的等效电磁建模及仿真

针对多针状氧化锌晶须(M-ZnOw)等效电磁建模的难度和复杂度,文中基于宏观电磁响应的一致性,提出了一种预测M-ZnOw等效电磁参数的等效球形粒子模型.通过对不同形状粒子填充复合材料的宏观电磁响应的仿真分析,结合Hashin-Shtrikman(HS)变分理论以及核壳粒子理论,推导了多针状氧化锌晶须等效电磁参数的上下界表达式,并将等效磁导率的理论预测值与具有磁损耗层的四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)的实验值进行了对比.结果表明:当粒子有耗时,M-ZnOw与等效球形粒子具有相似的宏观电磁响应,采用等效球形粒子能够预测M-ZnOw的等效电磁参数;与实验结果相比,在2~18GHz频段内,对涂覆Fe的TZnOw粒子填充的复合材料的磁导率实部预测值误差小于0.3,虚部预测值误差小于0.1.     

苯乙烯改性金属微粉及微波电磁参数研究

在金属磁性微粉表面通过偶联剂(A-151)引发苯乙烯(St)聚合,研究了反应温度、偶联剂用量、引发剂用量及反应时间对接枝率的影响。用SEM、RA-IR等方法对磁性微粉表面聚苯乙烯粒子膜的形貌、结构进行表征,并对改性前后磁性微粉/聚苯乙烯复合材料的复磁导率和复介电常数等微波电磁参数进行了测试。结果表明:苯乙烯通过偶联剂(A-151)以化学键的方式接枝在磁性微粉表面,形成一层高电阻率的有机薄膜,在复磁导率变化不大的情况下,有效降低了磁性微粉的复介电常数。     

邻苯二甲腈聚合物高性能化及功能化技术途径

该文主要就性能优异的邻苯二甲腈聚合物的高强度、高模量、高热稳定性及其特种功能化技术进行探讨,重点开展聚合物合成结构的化学反应功能化设计,获得了较好加工、方便交联固化反应的热固性树脂体系,为先进复合材料的RTM 或RIM加工技术的应用提供了高性能基体树脂。通过分子结构的设计将二茂铁结构引入双邻苯二甲腈树脂结构中,获得具有居里温度大于300℃的有机磁性材料。利用邻苯二甲腈与金属或金属盐的反应特点,获得了无机-有机杂化磁性功能复合材料。通过碳纳米管表面-CN化获得了反应功能一体化的CNT/邻苯二甲腈纳米功能复合材料,通过化学控制合成技术制备了高介电常数的超支化酞菁铜,得到了高强度的聚芳醚腈介电薄膜。探讨了电场、磁场以及剪切应力场等加工方式对聚合物微结构的影响。这些功能化技术途径的探索对邻苯二甲腈聚合物的研究开发与应用具有重要的科学意义和现实意义。     

RANDOM MICROSTRUCTURE FINITE ELEMENT METHOD AND ITS VERIFICATION FOR EFFECTIVE PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS

The present study aims at developing a new method--Random Microstructure Finite Element Method (RMFEM) for the effective properties of com posite materials.In this method, a random microstructure model is used to simulate the microstructure of the real composite materials.The physical fields in such a random microstructure model under specified boundary and initial conditions are analyzed by finite element method.The effective properties of composite materials can be obtained from the analysis results.As verification, some effective properties of composite materials, such as elastic module.thermal expansion coefficient, thermal conductivity and elastoplastic properties,are investigated by random microstructure finite element method.The numerical results are given together with the experimental data.It is revealed that the random microstructure finite element method is a very valid method for the determination of the effective properties of composite materials.     

复合左/右手传输线的电磁特性及其潜在应用

复合左/右手传输线是右手材料和左手材料复合而成的新型传输线,它较一般传输线可以在不同的频率范围内表现出不同的电磁特性。当等效介电常数和等效磁导率同时为负值时表现出＂左手特性＂,而在其它频率范围内表现出＂右手特性＂,同时,复合左/右手传输线还可以进行相位调整。分析了复合左/右手传输线的电磁特性,并指出复合传输线的潜在应用。     

基本结构变化对左手介质透射影响的研究

研究了基本结构移动、旋转、切割对左手介质传输特性的影响。用基于时域有限积分法CST软件仿真了左手介质棱镜的负折射现象和上述三种情况下的传输系数,比较了提取的标准和移动后左手介质的有效介质参数。计算结果表明,移动使左手透射峰峰值降低,通带带宽减小;若将组成左手介质的结构单元旋转,完整的左手透射峰将不再存在;不同方向的切割会不同程度地改变左手介质透射峰的性质。     

RANDOM MICROSTRUCTURE FINITE ELEMENT METHOD FOR EFFECTIVE NONLINEAR PROPERTIES OF COMPOSITE MATERIALS

Some theoretical methods have been reported to deal with nonlinear problems of composite materials but the accuracy is not so good. In the meantime, a lot of nonlinear problems are difficult to be managed by the theoretical methods. The present study aims to use the de veloped method, the random microstrtucture finite element method, to deal with these nonlinear problems. In this paper, the random microstructure finite element method is used to deal with all three kinds of nonlinear property problems of composite materials. The analyzed results suggest that the influences of the nonlinear phenomena on the effective properties of composite materials are significant and the random microstructure finite element method is an efficient tool to investigate the nonlinear problems.     

偶联剂包覆片状金属磁粉电磁特性研究

利用硅烷偶联剂对片状金属磁粉进行表面包覆,采用扫描电镜、红外光谱等方法对磁粉表面硅烷膜的形貌、结构进行表征,并对包覆前后磁粉/石蜡复合材料的微波电磁参数进行了测试。结果表明偶联剂以化学键的方式吸附在磁粉表面,形成高电阻率的硅烷包覆膜。将磁粉按重量比(5:1)与石蜡复合在2~18 GHz频率范围内测量介电常数,其介电常数实部和虚部与未包覆样品比较,平均下降了9左右,而对应的复磁导率变化很小。由其制备1 mm厚的吸波涂层,涂层在8 dB的吸收带宽由包覆前的4.3 GHz增加到包覆后的8.2 GHz,改善了吸收剂的吸波性能。