[發明專利]一種四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數的計算方法

有效

• 申請號: 201710152104.8
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106951626B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 趙雨辰;張金生;劉江凡;宋忠國;席曉莉
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

本發明公開了一種四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數的計算方法，具體按照以下步驟實施：步驟1，推導四針狀氧化鋅晶須復合材料的傳輸系數；步驟2，聯立兩個傳輸系數表達式得到超越方程；步驟3，求解超越方程，得到參數ε_eff。本發明一種四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數的計算方法，可以在沒有先驗的實驗知識作為依據的情況下，更加簡便快速的計算出四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數。

技術領域

本發明屬于電磁場與微波技術領域，涉及一種四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數的計算方法。

背景技術

近年，關于納米結構型復合材料的研究已經成為了納米材料研究的熱點之一。在許多不同種類的納米結構型材料和添加物中，四針狀氧化鋅晶須因其所具有的高強度、高彈性模量、各項同性性質、微波及紫外線吸收能力等顯著特點，已經得到了各國研究人員的廣泛重視。人們已經開展了許多關于四針狀氧化鋅晶須復合材料的微波吸收特性的實驗研究，也發表了大量的研究論文。然而，相比于實驗研究的快速進展，用于計算這種重要的納米結構型復合材料的微波吸收特性的通用理論方法仍然沒有得到建立。

目前，能夠用于計算四針狀氧化鋅晶須復合材料微波吸收特性的理論方法主要有兩種。一種是理論衰減模型法，另一種是等效電磁參數法。前一種方法發表于2010年，通過詳細推導四針狀氧化鋅晶須復合材料的微觀電磁響應來得到微波吸收特性的理論表達式；后一種方法發表于2014年，首先采用等效球形粒子和強擾動理論來計算四針狀氧化鋅晶須復合材料的宏觀等效電磁參數，進而結合傳輸線理論計算其微波吸收特性。但需要指出的是，這兩種理論方法有一個共同的缺點，即在計算過程中需要用到先驗知識。具體來說，一方面，理論衰減模型的最終表達式中需要用到實際測量的四針狀氧化鋅晶須復合材料等效電磁參數，但從理論計算的角度來看，等效電磁參數本身就是未知和需要求解的量，如果測得了等效電磁參數，就可以直接用來計算吸波特性；另一方面，使用等效球形粒子和強擾動理論來計算四針狀氧化鋅晶須復合材料等效電磁參數的方法中需要用到含有待定系數的泰勒展開式，而目前并沒有確定這些待定系數的理論方法，需要通過對現有實驗測得的反射率數據的擬合來得到，也就是說需要有先驗的實驗知識作為擬合依據。

因此，為了能夠在制作實物之前就能夠對四針狀氧化鋅晶須復合材料的微波吸收特性進行估計、分析和優化，就需要進一步開發能夠在不需要任何先驗知識的條件下計算該種復合材料等效電磁參數的通用理論方法。此外，考慮到氧化鋅晶須本身是一種非磁性材料，而且常用的基體材料也基本上都是非磁性的，所以在實際中通常只需要計算復合材料的等效介電常數，而等效磁導率則可以認為等于1。

發明內容

本發明的目的是提出一種四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數的計算方法，可以在沒有先驗的實驗知識作為依據的情況下，更加簡便快速的計算出四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數。

本發明所采用的技術方案是：四針狀氧化鋅晶須復合材料等效介電常數的計算方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，推導四針狀氧化鋅晶須復合材料的傳輸系數；

步驟2，聯立兩個傳輸系數表達式得到超越方程；

步驟3，求解超越方程，得到參數ε_eff。

所述的步驟1具體為：

步驟1.1，將四針狀氧化鋅晶須復合材料的厚度記為d，等效介電常數記為ε_eff。由于四針狀氧化鋅晶須是一種非磁性材料，通常可認為復材料的等效磁導率等于1；

步驟1.2，由麥克斯韋方程組和相應的邊界條件可知，根據四針狀氧化鋅晶須復合材料的等效介電常數可得其傳輸系數T₁的表達式為

其中j表示虛數單位，即k₀表示自由空間中的波數；