用FDTD方法研究颗粒型复合材料微波等效介电常数

本文提出了复合材料等效电磁参数的FDTD计算方法,介绍了FDTD方法计算吸波材料等效电磁参数的步骤.通过对立方体模型、球形模型、连续模型和十字叉模型的仿真计算,讨论了颗粒形状和接触情况对等效介电常数的影响.通过计算不同体积分数的材料模型的等效电磁参数,得到了颗粒型复合材料等效介电常数的计算公式.通过实测复合材料的介电常数,证明了本文提出的公式是有效的.     

颗粒填充二元复合材料等效介电特性的修正通用有效介质计算公式

介电特性在复合材料的电磁效应研究和材料设计中具有重要的作用。本工作在研究传统通用有效介质(GEM,General Effective Medium)公式的局限性基础上,提出了用于预测和计算颗粒填充二元复合材料等效介电特性的修正通用有效介质(MGEM,Modified General Effective Medium)公式。运用MC-FEM(Monte Carlo-Finite Element Method)方法分析计算各种参数条件下颗粒随机填充二元复合材料的等效介电特性,并与MGEM公式计算结果进行比较,验证MGEM公式的正确性和有效性。此外,还将MGEM的预测结果与部分经典理论公式的计算结果、部分文献报道的实验测量数据进行了比较。研究表明,在不同介电常数比(1/50~50)和不同体积分数(0~1)的情况下,MGEM公式预测结果与MC-FEM模型结果完全吻合,与实验测量结果基本一致,为颗粒填充二元复合材料等效介电性能分析提供了一种具有较高计算精度的理论计算方法。     

CaCu_3Ti_4O_(12)/聚偏氟乙烯复合材料的介电性能研究

采用溶液混合随后热压的方法制备了CaCu3Ti4O12/聚偏氟乙烯(CCTO/PVDF)复合材料.采用XRD对复合材料的物相结构进行了分析.研究了复合材料的介电常数与CCTO体积分数的关系.结果表明,在10kHz下,当CCTO含量等于50%(体积分数)时,复合材料的介电常数达到81.采用Maxwell-Gamett模型、Jaysundere模型和Yamada模型分别对实验结果进行了预测和比较,其中Yarnada模型与实验结果符合得较好.     

具有超高介电常数的海绵/炭黑-硼酸盐/硅橡胶复合材料

通过浸渍法制备了密胺海绵(MS)/导电炭黑-硼酸盐(CB@B)复合物,并进一步真空灌注硅橡胶(SR)后制备了MS/CB@B/SR复合材料。使用XRD、SEM对复合材料的物相、微观结构进行表征并测试了其导电与介电性能、压敏特性和吸波性能。研究发现,CB@B复合物利用MS模板在复合材料内部构建了三维逾渗网络,其导电逾渗阈值为1.48%(体积分数),CB与B对提高复合材料性能具有显著的协同作用。随着CB浓度提高,复合材料的导电性和介电常数逐步提高,当CB浓度为14 mg/mL时,复合材料的体积电阻率最低可达到6.7×10~4Ω·cm,介电常数在1 kHz时高达1.67×10~4,当样品厚度为3 mm时,在30.97 GHz处出现最低反射率(RL=-33.17 dB),吸波带宽(RL-10 dB)为5.38 GHz。当CB浓度为10 mg/mL时,复合材料的电阻和介电常数还表现出较高的压缩应变灵敏度。     

高介电常数PVDF/PZT/Terfenol-D复合材料的介电性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,PZT为陶瓷相,稀土铁合金粒子Tedenol-D为添加组分,运用聚合物熔融压片法制备了聚合物体积含量为30%的0.3PVDF/(0.7-f)PZT/fTerfenol-D三相复合材料.研究了Tedenob-D的体积含量、频率对复合材料介电性能的影响.结果显示:Tedenol-D粒子的加入,可以提高0.3PVDF/0.7PZT复合材料的介电常数,PVDF/PZT/Terfenol-D复合材料具有介电常数高、介电损耗小的特点.     

碳化钛/环氧树脂纳米复合材料的介电性能研究

采用溶液混合随后热压的方法制备了TiC/epoxy纳米复合材料.运用渗流阈值理论解释了TiC/epoxy复合材料的介电行为.研究了复合材料介电常数与填料体积百分比含量和测试频率的关系.结果表明:当TiC体积百分比含量为0.192时,复合材料的介电常数高达214(103Hz).复合材料介电常数在高测试频率范围(104～106Hz)不随频率的变化而改变.     

碳纳米管填充聚合物复合材料的介电性能研究

本文研究了未经处理的多壁碳纳米管／聚偏氟乙烯（MWNT／PVDF）复合材料体系的介电性能。发现，在低频下，复合材料的介电常数随MWNT的含量增加而迅速增加．当体积分数为2．0％时，介电常数高迭300左右．并且复合材料的渗流闲值仅为1．61％（体积分数）。MWNT较大的长径比和较高的电导率导致复合体系渗流闻值较低。发生渗流效应时，复合材料的介电损耗低于0．4，与频率无关。因此。可以认为未经过化学处理的碳纳米管可以大幅度改善PVDF基复合材料的介电性能。     

有限元法研究填料形貌与介电常数对无机/有机介电复合材料介电性能的影响

为了开发高储能密度的无机/有机介电复合材料,本文采用有限元法分别研究了直径为100 nm的球形填料与基体介电常数的比值（k）、球形填料在复合材料中的排列方式、球形填料尺寸（100~300 nm）、纤维状填料长径比（α）和片状填料的球形度（β）对复合材料介电性能的影响。计算结果表明,当k值大于20时,复合材料的介电常数变化不明显;球形填料沿电场方向成链式排列时,复合材料有较大的介电常数,且材料中球形填料附近处存在较大的电位移和较大的电场,说明这种填料排列方式有利于材料介电常数的提高,但会削弱材料的耐击穿能力;当球形填料随机分布时,颗粒尺寸变化对复合材料介电常数的影响不明显。对于纤维状填料,其长径比α越大且长轴沿电场方向分布时,填料自身及周边会产生较大的电位移,表明这种情况有利于复合材料介电常数的提高。对于片状填料,其球形度β越小,填料与基体界面处高电场区域越小,表明材料的耐击穿能力越高。本研究可为高介高储能材料的实验研究提供理论指导。      

含非均匀界面相纤维增强复合材料热传导性能预测的递推公式

研究了含非均匀界面相纤维增强复合材料的宏观等效传热性能。将热导率沿径向连续变化的界面相离散为多个热导率均匀的同心圆柱层,采用广义自洽法和复变函数理论,推导了复合材料宏观等效热导率的解析递推公式,并由递推公式给出了均匀界面相和理想零厚度界面的封闭公式。理想零厚度界面复合材料的热导率与已有理论结果一致。理想零厚度界面和非均匀界面相模型的计算结果与实验数据比较表明,当纤维体积分数较小时,2种模型的预测结果与实验数据吻合均较好,当体积分数较大时,与实验数据相比,非均匀界面相模型的精度大大高于理想零厚度界面模型的精度。本文中给出的递推公式亦可用于计算多涂层纤维增强复合材料的热导率。     

聚苯乙烯-钛酸钡复合材料的介电特性研究

建立了一个考虑中间相的"复合介电模型",利用平均极化理论和Maxwell-Garnett理论导出了考虑中间相的二元无规复合材料的有效介电常数的普适计算公式。用该公式分析了聚苯乙烯-钛酸钡复合材料的有效介电常数。当钛酸钡体积含量小于20%时,理论值与实验结果符合较好。