[發明專利]一種用于顆粒狀材料本征電磁參數的提取方法

有效

• 申請號: 201410548644.4
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104318096A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 曲兆明;王慶國;程二威;賈銳;姜林;王小亮;官建國;雷憶三;范麗思;周星
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍械工程學院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G01N27/00
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司 13100
• 代理人: 徐瑞豐;董金國

技術領域

本發明屬于電磁參數測量領域，具體涉及一種用于顆粒狀材料本征電磁參數的提取方法，尤其是微納米尺寸顆粒狀材料的本征介電常數和磁導率的提取方法。

背景技術

在填充型復合材料等效電磁性能研究中，作為填料的顆粒狀材料本征電磁參數（介電常數和磁導率）既是復合材料設計的目標參數，也是復合材料等效電磁性能理論計算的基礎參數，因此填料本征電磁參數的研究意義重大。實際的微波電磁參數測試過程中，對于顆粒狀，特別是微納米尺寸的顆粒狀材料只有通過與其他基體進行復合才能獲得由其所組成的復合材料的等效電磁參數，而填料的本征電磁參數受測試方法限制往往很難直接測得。

目前，若想獲得顆粒狀材料的本征電磁參數，必須通過測量復合材料的等效電磁參數，進而應用復合材料等效性能預測理論反推?提取出填料的本征電磁參數。為了獲得材料的本征電磁性能，研究者開展了大量的工作，其中最有價值的工作集中于“有效介質理論”的應用和改進。廣義有效介質理論的研究開始于十九世紀的混合法則，歷經長期的應用和發展，具有多種描述形式。就電磁性能而言，現在有效介質理論均基于等價偶極子描述，即復合材料的宏觀電磁性能取決于其中的電、磁偶極子的密度，而偶極子密度取決于材料各組分的本征電磁性能及其體積分數。在這種描述下，研究者給出幾種形式的有效介質方程，其中比較典型的有Maxwell-Garnett方程、Lorentz方程，Clausius-Mossotti方程以及Bruggeman方程。這些方程的不同之處在于它們對復合材料中基體相的定義不同。Maxwell-Garnett方程所描述的復合材料中包含連續的基體相和孤立分布的顆粒，Lorentz方程和Clausius-Mossotti方程均以真空作為基體相，而在Bruggeman方程中則把整個復合材料本身作為基體相。三類方程中Bruggeman方程的發展最晚、適用性最廣，它能夠處理填充濃度接近介電特性填料滲流閾值時的復合材料等效性能問題，但這種方法更加適用于球形顆粒材料，對于形狀各向異性（如纖維形、片形等）的顆粒狀材料本證電磁參數提取則受到限制，且在高頻段的本征磁導率參數提取時模型失效。上述幾種理論模型在提取顆粒狀材料本征電磁參數時數值精度和適用范圍各存在不同程度的缺陷，主要是因為模型沒有考慮基體內部填料間的多重相互作用，即填料的分布效應。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種精度高、適用范圍廣且考慮分布效應的用于顆粒狀材料本征電磁參數的提取方法，尤其是微納米尺寸顆粒狀材料本征電磁參數提取方法。

本發明所采用的技術方案如下：

一種用于顆粒狀材料本征電磁參數的提取方法，根據測試出的顆粒狀材料隨機分布于基體材料內形成的復合材料的等效電磁參數，進而應用數值方法提取出顆粒狀材料的本征電磁參數，具體方法步驟如下：

步驟1：根據顆粒狀材料的面徑比????????????????????????????????????????????????，求得顆粒狀材料的軸向退磁因子S_T和徑向退磁因子S_L：?

所述復合材料為顆粒狀材料隨機分布于基體材料內形成的，利用旋轉橢球體來表示顆粒狀材料，令,和分別為橢球體的半軸長，假設，則顆粒狀材料的面徑比為，根據如下公式（1）~（2）計算出顆粒狀材料的軸向退磁因子S_T和徑向退磁因子S_L：

?（1）

???????????????????????????（2）

其中，當顆粒狀材料為片形時，選擇公式（1）中時對應的公式計算出顆粒狀材料的軸向退磁因子S_T和徑向退磁因子S_L；

當顆粒狀材料為纖維形時，選擇公式（1）中時對應的公式計算出顆粒狀材料的軸向退磁因子S_T和徑向退磁因子S_L；

當顆粒狀材料為球形時，選擇公式（2）計算出顆粒狀材料的軸向退磁因子S_T和徑向退磁因子S_L，即；

步驟2：根據顆粒狀材料的軸向退磁因子S_T和徑向退磁因子S_L，求得軸向混合因子和徑向混合因子：?

所述和按如下公式（3）~（4）計算：

???????????????（3）?????????????????????

???????????????（4）