[發明專利]一種材料介電譜快速分析的方法

在審

• 申請號: 202210580972.7
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114966226A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 施一公;盧瀅先;湯夏平;趙艷雨
• 申請（專利權）人: 清華大學;西湖大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明涉及一種介電譜分析方法，用于對待測材料的介電譜進行分析，該介電譜分析方法包括下列步驟：測量待測樣品的直流電導率和介電譜，其中，所述待測樣品中包含待測材料組分；確定與待測樣品具有相同直流電導率的基準樣品的介電譜，其中，所述基準樣品中不包含待測材料組分，對任一相同頻段總是采用與測量待測樣品的介電譜時相同的測量系統測量所述基準樣品的介電譜；在整個頻譜上，用基準樣品的介電譜的實部對待測樣品的介電譜的實部進行歸一化，繪制出介電譜的實部歸一化曲線；用基準樣品的介電譜的虛部對待測樣品的介電譜的虛部進行歸一化，繪制介電譜虛部歸一化曲線。

技術領域

本發明涉及一種介電譜分析方法，尤其是一種介電譜歸一化分析方法。

背景技術

分析材料與電磁信號之間相互作用特性的主要方法是表征材料的電容率(permittivity)，又稱為介電譜(dielectric spectroscopy)，用ε＝ε’+jε”表示，其中j為虛數單位。ε’為材料的電容率實部，稱為“介電常數”(dielectric constant)，描述了材料對電場的存儲性能；ε”為介電譜虛部，稱為“介電損耗因數”(dielectric loss factor)，描述了材料耗散電場能量的性能。類似地，描述材料與電磁場中磁場相互作用的物理量為磁導率(permeability)，實部描述材料存儲磁場的性能，虛部描述了材料耗散磁場能量的性能。材料的電容率和磁導率在非靜態條件下是耦合的，因此材料的電磁響應可等效為“磁導率為常實數，電容率為隨頻率變化的復數”的形式。在材料表征測試中，可將材料視作線性響應系統，測量材料不同頻率對應的等效電容率值。測量材料的介電譜可以用于快速判定材料有無頻率特異性電磁響應。

通常，測試介電譜時，將不同頻率的正弦電磁信號依次施加于待測材料，測定每個頻率下材料的響應電壓、電流的幅度、相位之間的關系，推算出待測材料的在不同頻率下的電磁場存儲和損耗特性，從而推算出等效電容率值。介電譜的測試技術目前有多種成熟的方案，例如針對頻率區間20Hz～30MHz的平行板電容測試法、適用于頻率區間10MHz～300GHz的探頭測試法等。

現有技術中的介電譜分析方法見于下列文獻：

(1)Brovelli A,Cassiani G.Effective permittivity of porous media:Acritical analysis of the complex refractive index model[J].GeophysicalProspecting,2008,56(5):715-727.

(2)Liebe H J,Hufford G A,Manabe T.A model for the complexpermittivity of water at frequencies below 1THz[J].International Journal ofInfrared and Millimeter Waves,1991,12(7):659-675.

(3)Gun L,Ning D.Equivalent permittivity based on Debye model of bloodand its SAR[J].International Journal of Science,Technology and Society,2017,5(3):37-40.

(4)Said T,Varadan V V.Variation of Cole-Cole model parameters withthe complex permittivity of biological tissues[C]//2009IEEE MTT-SInternational Microwave Symposium Digest.IEEE,2009:1445-1448.

這些相關的文獻中的介電譜分析方法的分析目的與本發明相同。各文獻中均使用了基于數學模型分析和參數擬合的方法，雖然使用的數學模型各異，但分析流程類似，均涉及多參數模型系統的最優參數匹配，分析過程具有較大的計算量。