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负介电常数集成材料对HPM和UWB的屏蔽效能影响

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北京邮电大学学报 2006年第3期29卷 27-30页

作者：包永芳吕英华韩春元北京邮电大学通信网络综合技术研究所北京100876

以绝缘板支撑的不连续金属丝构成的介电常数为负数的集成材料为研究对象,采用时域有限差分法分析集成材料对电磁波的反射和透射特性,并与已有的实验数据进行了比较,验证了该方法的可行性.在此基础上,进一步分析集成材料对高功率微波(HPM... 详细信息

以绝缘板支撑的不连续金属丝构成的介电常数为负数的集成材料为研究对象,采用时域有限差分法分析集成材料对电磁波的反射和透射特性,并与已有的实验数据进行了比较,验证了该方法的可行性.在此基础上,进一步分析集成材料对高功率微波(HPM)和超宽带电磁脉冲(UWB)的屏蔽效能,仿真结果表明,负介电常数集成材料可以明显降低入射信号的幅值,并改变信号的时域波形和频谱特性,保证了信号的安全性.

关键词：集成材料负介电常数反射和透射特性电磁屏蔽

基于高介电常数基板和金属结构负折射材料的设计,仿真与验证

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物理学报 2011年第5期60卷 298-305页

作者：杨一鸣王甲富屈绍波柏鹏李哲夏颂王军徐卓空军工程大学理学院数理系西安710051 西安交通大学电子材料与器件教育部重点实验室西安710049 空军工程大学综合电子信息系统研究中心西安710051

通过将单回路镜像对称开口金属环结构印制在高介电常数基板上,实现了一种金属含量比传统负折射材料更少,"双负"通带比全介质负折射材料更宽的负折射材料.分析了高介电常数基板产生负介电常数以及"双负"通带形成的机理,通过仿真实验分析... 详细信息

通过将单回路镜像对称开口金属环结构印制在高介电常数基板上,实现了一种金属含量比传统负折射材料更少,"双负"通带比全介质负折射材料更宽的负折射材料.分析了高介电常数基板产生负介电常数以及"双负"通带形成的机理,通过仿真实验分析了影响"双负"通带的因素.通过制作样品验证了这一机理实现"双负"的可行性,理论分析与实验结果都表明这种方法可实现较宽频段内的"双负"通带.

关键词：负折射材料负介电常数负磁导率介质谐振器原理

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负介电常数复合材料特性分析

负介电常数复合材料特性分析

2009年全国微波毫米波会议

作者：马嘉俊曹祥玉余侃民空军工程大学电讯工程学院

提出一种基于Ampere定理与媒质本构关系推导平行金属线阵列等效负介电常数解析公式的新方法。该方法从宏观物理的角度出发,对电磁波与金属线阵列单元的相互作用关系进行描述,从而提取其等效介电常数的表达式,具有概念清晰,直观易懂的特... 详细信息

提出一种基于Ampere定理与媒质本构关系推导平行金属线阵列等效负介电常数解析公式的新方法。该方法从宏观物理的角度出发,对电磁波与金属线阵列单元的相互作用关系进行描述,从而提取其等效介电常数的表达式,具有概念清晰,直观易懂的特点。采用数值软件CST和FDTD方法对平行金属线阵列结构的色散特性、传输模式及相位反射特性进行了分析。计算结果表明平行金属线阵列在其等离子体频率以下具有负介电常数的特性,在等离子体频率具有零相位传输的特性。

关键词：平行金属线阵负介电常数 FDTD

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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负介电常数和负磁导率微波媒质的实验

中国科学（G辑） 2003年第5期33卷 416-427页

作者：隋强李廉林李芳中国科学院电子学研究所高功率微波与电磁辐射重点实验室

介绍等效介电常数和等效磁导率同时为负数的金属结构的特征及实验研究。实验研究结果表明,具有周期性排列的金属条和金属谐振环结构的人造金属媒质,在特定的微波频率范围内,对于具有一定偏振方向的电磁波,其等效介电常数和等效磁导率同... 详细信息

介绍等效介电常数和等效磁导率同时为负数的金属结构的特征及实验研究。实验研究结果表明,具有周期性排列的金属条和金属谐振环结构的人造金属媒质,在特定的微波频率范围内,对于具有一定偏振方向的电磁波,其等效介电常数和等效磁导率同时为负数。

关键词：负介电常数负磁导率负折射率谐振环偏振电磁波电动力学波动方程色散关系微波媒质

热压烧结制备碳纤维/氧化铝陶瓷复合材料的负介电行为

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复合材料学报 2022年第8期39卷 4085-4092页

作者：刘元会石少杰曹宇航康帅李润茁夏世超程传兵齐鲁工业大学(山东省科学院)材料科学与工程学院济南250353 齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省玻璃与功能陶瓷加工与测试技术重点实验室济南250353

超材料具有负参数的物理特性,其材料本征性质的负介电行为值得进一步探究,系统研究化学组成对其介电性能的影响规律,探究负介电行为的实现和调控机制。采用热压烧结工艺制备了碳纤维/氧化铝(CF/Al_(2)O_(3))陶瓷复合材料,研究了不同CF... 详细信息

超材料具有负参数的物理特性,其材料本征性质的负介电行为值得进一步探究,系统研究化学组成对其介电性能的影响规律,探究负介电行为的实现和调控机制。采用热压烧结工艺制备了碳纤维/氧化铝(CF/Al_(2)O_(3))陶瓷复合材料,研究了不同CF含量对复合材料的微观形貌及电学性能的影响。通过调节复合材料中CF的含量,在1 kHz~10 MHz的频率范围内实现了负介电行为,同时复合材料的导电机制由跳跃电导转变为类金属电导。研究发现,增多的CF在复合材料中形成三维联通网络;复合材料的负介电常数由三维CF网络中自由电子的等离子体振荡引起;随着CF含量的增加,负介电常数的绝对值变大,相关频散特性符合Drude模型。

关键词：陶瓷复合材料碳纤维氧化铝陶瓷负介电常数超材料

基于多重嵌套方形开口环超材料的可调谐左手特性研究

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Journal of Central South University 2020年第4期27卷 1235-1246页

作者： ABDULKARIM Yadgar.I 邓联文阳军亮 COLAK Sule KARAASLAN Muharrem 黄生祥贺龙辉罗衡 School of Physics and Electronics Central South UniversityChangsha 410083China Physics Department College of ScienceUniversity of SulaimaniSulaymaniyah 46001Iraq Department of Electrical and Electronics Engineering Adana Alparslan Turkes UniversityAdana 01140Turkey Department of Electrical and Electronics Engineering Iskenderun Technical UniversityHatay 31200Turkey

具有左手特性的超材料因具有超常物理特性近年来倍受关注,在微波工程领域也具有重要应用价值。本文设计了一种由多重嵌套方形开口环和一组平行金属线构成的夹芯结构超材料,采用有限元全波仿真软件HFSS系统研究了多重嵌套方形开口环数量... 详细信息

具有左手特性的超材料因具有超常物理特性近年来倍受关注,在微波工程领域也具有重要应用价值。本文设计了一种由多重嵌套方形开口环和一组平行金属线构成的夹芯结构超材料,采用有限元全波仿真软件HFSS系统研究了多重嵌套方形开口环数量对介电常数、磁导率和折射率的影响规律。结果表明,该超材料在8~18 GHz范围内的散射参数(S11和S21)具有显著的谐振特性,其内禀电磁参量也呈现出典型的双负左手特性,并得到了实验验证;且随着多重嵌套方形开口环数量的增加,其谐振峰数量也增加,当开口环数量为3时具有最大的有效频率带宽;进一步分析电磁场分布发现感应磁偶极子是导致强吸收的主要机制。这种结构简单、频率可调谐的超材料在选择性微波吸收材料和微波调制器件中具有广阔的应用前景。

关键词：超材料方形开口环负介电常数感应磁偶极子

MXene基二维负介材料的介电协同效应及负介电性能的调控

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MXene基二维负介材料的介电协同效应及负介电性能的调控

作者：刘明祥青岛大学

学位级别：硕士

介电常数是材料的基本物理性能参数,源于电荷的极化,射频介电常数通常为正值,介电材料是透波、隐身、电容器、波导等电磁领域的基础材料。超材料的出现打破了射频介电常数为正的固有概念,它的值亦可为负数,负介电性能的提出拓展了介电... 详细信息

介电常数是材料的基本物理性能参数,源于电荷的极化,射频介电常数通常为正值,介电材料是透波、隐身、电容器、波导等电磁领域的基础材料。超材料的出现打破了射频介电常数为正的固有概念,它的值亦可为负数,负介电性能的提出拓展了介电参数的取值范围,为设计超构电容器、超构电路、高集成芯片、介电近零电磁节点连接器等新原理的电子器件提供了可能,将推动信息技术的变革。然而,电子器件的设计对负介电的数值和频散要求严格,目前射频段负介电数值过大且频散严重,已成为制约负介电材料发展的瓶颈。需要降低负介电常数的频散来拓展介电响应窗口,提高负介材料设计的自由度。其次,需要降低负介电的值并实现负介电值的灵活调控来满足不同应用条件下的电磁匹配。同时,负介材料在新一代可穿戴电子设备中的应用也对柔性提出了要求。为解决上述问题,本文选择二维材料MXene为导电功能体,氧化石墨烯(GO)、蒙脱土(MMT)、海藻酸钠(SA)为绝缘基质,构筑了一系列的MXene基负介材料,利用材料表征和理论模型分析等手段对其负介电性能进行了分析,取得的主要结果如下:(1)利用真空辅助过滤的方法制备了柔性MXene/MMT二维复合材料薄膜,基于逾渗理论研究了复合材料的负介电行为以及调控手段。在二维薄膜材料中,MMT的加入增加了MXene纳米片层间的层间距并阻断了部分电子传输路径,导致了载流子浓度的降低,得到了射频负介电常数。其中负介电常数源于MXene导电网络中自由电子的等离子体振荡,介电频散特性满足Drude模型,并且可以通过控制MXene的含量进行调控。(2)利用真空辅助过滤以及定向和不定向冷冻的方法制备了MXene/GO复合材料,分析了层内、层间电荷传输方式对负介电性能的影响,研究了功能体的微观结构对复合材料负介电性能的影响规律。其中,以层间电荷传输方式为主的MXene/GO二维复合材料薄膜具有较低的有效载流子浓度,相比于以层内电荷传输方式为主的MXene/GO气凝胶而言具有更低的等离子振荡频率,导致了较低的负介电常数值;MXene纳米片与GO纳米片界面交界处发生了界面极化弛豫,产生了Debye型正介电响应。结合等效电路的分析结果表明,逾渗网络具有电感性,位于MXene导电网络中的自由电子发生等离子体振荡,导致负介电行为。孤立的MXene导电相具有电容特性,与GO片之间相互作用产生Debye型正介电弛豫,可通过正负介电响应的协同作用调控着负介电的值和频散。(3)构筑了MXene/GO/SA二维复合材料薄膜,SA增强了MXene与GO纳米片之间的界面相互作用,并且使得相邻的纳米片交联,显著的提高了复合材料薄膜的抗拉伸强度(最大拉伸强度为65.89 Mpa)。此外,SA的加入增加了界面缺陷和接触面积,导致了复合材料中正介电响应强度的增大。同时,SA的加入还可以阻断部分导电路径,降低负介电响应强度。当复合材料的正负介电响应强度相当时,利用正负介电响应的协同作用导致了低频散弱负介电行为,介电频散特性符合Drude-Debye模型。

关键词：二维材料MXene 逾渗复合材料负介电常数低频散特性

导体/绝缘体异质复合材料负介电性能调控及机理研究

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导体/绝缘体异质复合材料负介电性能调控及机理研究

作者：吴晗青岛大学

学位级别：硕士

负介电材料作为超材料领域的一个分支,具有特殊的电磁性质(如负折射率、反向多普勒效应等),在电磁屏蔽、电介质电容器、无线通信传输等领域具有广阔的应用前景。负介电常数作为材料的基本物性参数之一,其数值大小、频散的可调性决定此... 详细信息

负介电材料作为超材料领域的一个分支,具有特殊的电磁性质(如负折射率、反向多普勒效应等),在电磁屏蔽、电介质电容器、无线通信传输等领域具有广阔的应用前景。负介电常数作为材料的基本物性参数之一,其数值大小、频散的可调性决定此类功能器件的性能设计和具体用途。基于逾渗理论构建异质负介电材料,设计并调控材料的组分和微观结构,可为负介电性能精准调控提供一种高效的技术手段。然而负介电材料的开发仍存在问题,首先,负介电常数的绝对值往往较大会引起电磁阻抗失配;其次,三元负介电材料在近逾渗区的弱负介电机理和影响因素尚不明确;最后,多元复合材料在低频段范围内弱负介电性能的实现和精准调控仍需探索。为解决上述问题,本论文设计了相应的研究方案,将不同类型的导电填料与绝缘基体复合,调整并改善其物相组织和结构,利用材料表征和理论模型等手段对其负介电性能进行分析,获得结果如下:(1)利用机械混合及热压工艺制备了钛铝碳/聚酰亚胺二元复合材料,提高钛铝碳负载,其分布状态由孤立分散逐渐变为紧密连接,电子传递方式发生跳跃电导到类金属电导的转变。在逾渗阈值69.64 wt%附近,介电常数由正转负,且当钛铝碳质量分数为72 wt%时,实现了稳定的弱负介电常数(-20负介电常数,复合材料弱负介电机制可由孤立碳纳米单元的洛伦兹介电共振和碳网络的等离振荡共同解释,并由Lorentz-Drude模型进行描述。通过改变碳纳米管与石墨烯质量比,实现了可调导电路径,明确逾渗导电网络的微观组织和结构是影响弱负介电性能的主要因素。(3)利用静电纺丝及分步热处理的方法原位构建了金属/碳复合纤维膜,前驱体中硝酸铁含量为0.6 g时,复合纤维膜中出现碳化铁/铁/碳多元逾渗网络,在低频段10 k Hz～1 MHz范围内得到弱负介电性能(-100介电共振和等离振荡模型共同解释,且随着前驱体中金属盐含量增加纤维膜中金属颗粒含量增多,逾渗网络中自由电子浓度提高,实现低频段弱负介电性能调控。

关键词：负介电常数逾渗理论等离振荡介电共振

基于介质与铁氧体的通阻捷变磁可调频率选择表面设计研究

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物理学报 2016年第19期65卷 250-259页

作者：韩鹏王军王甲富马华邵腾强陈红雅张介秋屈绍波空军工程大学理学院西安710051 空军航空大学飞行教官训练基地蚌埠233000

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途... 详细信息

提出了利用介质陶瓷和铁氧体材料构建可调型带通频率选择表面的设计思路.在C波段波导模式下通过仿真设计出高介电常数方形柱状结构,优化后使其产生宽频的负介电常数,基于等效媒质理论对该结构通阻特性进行分析研究,其传输禁带的产生途径在于介质中产生了具有类Drude谐振形式的电单极子.在相同的仿真环境下对铁氧体结构进行设计优化,调节外加偏置磁场,使铁磁谐振在相应的频点发生,产生负磁导率.利用负介电常数与负磁导率的"双负"特性规律,将两种结构进行组合,协同优化,使电磁谐振相互耦合,实现通带特性.C波段波导模式下的分析表明,两种结构在同一个频点电磁谐振耦合,可以实现"双负"通带的传输效果.在由于铁氧体的磁可调特性,通过改变外加偏置磁场,该通带可以在6—8 GHz范围内可调.对电磁场矢量分布状况和等效参数提取结果进行了数值分析研究,确定了电磁耦合的性质和形成机理,充分验证了这种方法的可行性.对该结构材料样品进行加工,并测试验证,最终实验结果与仿真结果基本一致,实现了"双负"通带的可调.该方法拓展了频率选择表面的设计思路,可用于设计多通带、可调谐频率选择表面.

关键词：全介质频率选择表面铁氧体负磁导率负介电常数