功能驱动的超材料结构数字化设计与3D打印

本文提出了一种以功能驱动的超材料结构数字化设计新方法,以实现电磁波传播方向90°偏折的伊顿(Eaton)透镜为典型应用目标,研究了其介电常数理论分布模型的数字化离散方法,获得了三维90°伊顿透镜介电常数离散化分布工程模型;通过理论计算建立起超材料单胞结构几何参数(木堆单胞结构柱宽ω与单胞尺寸a)与其等效介电常数之间的映射关系,从而实现三维90°伊顿透镜的工程模型向结构模型的转化;以光固化树脂(介电常数为3)、混合液体介质(介电常数从2.2到40)为原材料,采用光固化3D打印工艺,实现了液固耦合的三维90°伊顿透镜宏/微结构一体化制造;通过仿真和实验测试表明,所实现的三维伊顿透镜能够调控入射电磁波的传播方向,实现入射电磁波的90°偏折,且在12～18 GHz频段范围内具有宽频特性.本文所提出的数字化设计方法与3D打印工艺相结合,为实现面向电磁波传播调控的新型电磁波器件提供了一种途径.     

肝癌恒功率介入微波热凝固术的有限元模拟

介入微波热凝固疗法(invasive microwave coagulation, IMC)是一种新发展起来的治疗肝癌的方法. 具体讨论了恒功率IMC疗法. 对交替相控加热方式和一种大血管传热模型进行了三维的有限元模拟. 目的在于研究: 1) 介入微波交替相控加热的降低凝固区峰值温度和减小“过热区”大小的效能(有时峰值温度可高达140℃); 2) 模拟了大血管的生物传热模型, 以研究在IMC治疗中大血管对周围组织传热和热凝固区形态的影响. 并且将模拟结果和相应的活体猪实验结果进行对比. 研究的结果包括: (ⅰ) 交替相控加热方式能有效地降低凝固区的峰值温度, 并能缩小“过热区”的大小, 提高治疗的安全性; (ⅱ) 由于大血管冷却而造成的“过冷区”热量损失很大, 解释了为什么临床中在对靠近大血管的肿瘤进行IMC治疗前实施肝大血管阻断术是一种实用的方法; (ⅲ) 提出了大血管影响半径(Rev)参数, 为临床上进行大血管阻断术提供了理论依据.     

微波加热化学反应中热失控条件的定量研究

定量研究了在反馈控制系统中微波加热化学反应热失控的条件.首先,基于反馈控制原理导出了热失控的工程条件,给出了其数学定义.然后,通过对波导中进行的化学反应进行微波加热的仿真计算,定量研究了4种不同特性的化学反应在不同的输入微波功率的温升速率,讨论了尚未引起人们注意的热失控与传感器响应时间的相关性.     

微波加热陶瓷中热失控现象的分析与控制

对微波加热的热失控过程进行模拟,使用基于时域有限差分法fFDTD）的算法求解Maxwell方程和热传导方程（HTE）耦合的方程组,模拟了微波加热陶瓷板的温度变化过程．在施加不同微波功率的情况下,计算了微波加热下多种介质参数的陶瓷板的温度变化,分析了出现热失控现象的条件．提出一种单温度阈值双微波功率的控制方法,用于提高微波加热效率并且控制热失控现象．同时给出了该控制方法中最终施加微波功率与监视温度闯值的关系．本文的模拟和分析方法可以在微波加热技术相关的领域得到应用．     

等离子体-吸波材料-等离子体夹层结构的电磁脉冲防护性能研究

提出了一种用于电子设备防护高功率电磁脉冲的等离子体-吸波材料-等离子体夹层结构. 建立了该结构的电磁波反射/透射模型, 结合放电产生等离子体和常用吸波材料的特征参数, 采用时域有限差分方法计算了夹层结构的电磁波透射特性. 结果表明, 在相当宽的频率范围内, 夹层结构对电磁波衰减作用明显优于等离子体和吸波材料层单独存在时作用效果的累加. 所提出的模型和相关结果对于电磁脉冲防护具有指导意义.     

高电场下弛豫铁电体的场致效应

弛豫铁电体在热释电、介电、电场调制微波器件和电致伸缩器件方面有着广泛的应用.这些应用均涉及电场的作用.因电场会导致极化强度增大,并连续地延伸到顺电相,从而产生了电场诱导效应.用弯曲近似法对极化强度在电场作用下随温度的连续变化做近似,得到了介电系数峰值在高场下随电场2/3次方的变化规律.与介电峰在电场作用下移动的实验结果基本一致.理论数值模拟发现:存在一个与热力学参量相关的极化温度系数,其值越大,场致介电移峰效应越小,且热释电系数越大;反之,如果场致介电移峰效应越大,电场调制微波器件的介电可调性及可调性的温度稳定性会越好.上述研究结果对掺杂改性研究微波器件的介电可调性和热释电性有一定的参考作用.     

天然掺杂铁氧体的电磁参数调控机制分析及其在吸波材料中的应用

对不同地质产状类型天然铁氧体的电磁参数测量结果发现, 岩浆岩型(A型)天然铁氧体的电磁参数明显区别于其他类型铁氧体, 是一种可用于微波吸收材料的天然矿物. 该矿物经选矿工艺制备后, 在8~12 GHz频率范围内, ε′ =58.60, ε″=10.0, μ′=1.2~1.5, μ″=1.0~1.2, 属于具有一定磁导率、低介电常数、高电磁损耗的磁性物质, 其粉体适合作为吸波材料的磁性吸收剂. 对A型天然铁氧体的矿物组成和化学成分的分析结果表明, 与单一磁铁矿或二元型铁矿物组成的天然铁氧体相比, A型天然铁氧体中的杂质元素和另相矿物含量明显高于其他天然铁氧体, 其中的杂质成分对电磁参数起着重要的调控作用, 这种调控作用有利于降低吸波材料的反射系数, 并提高电磁波吸收效率. 而且, A型铁氧体中的这种天然掺杂导致的结构缺陷及其对电磁参数的影响效应是人工制备的铁氧体难以实现的. 材料应用试验与吸波性能测量结果表明, 以A型天然铁氧体作为粉体填料与天然橡胶制成的吸波片材在8~12 GHz频率范围内的电磁波吸收频宽和反射系数均优于传统的羰基铁粉与橡胶制成的吸波片材, 完全可以替代羰基铁粉应用于微波吸收材料的开发, 而且具有原料丰富、制备工艺简单、成本低、吸波性能稳定的比较优势.     

电磁波瞬态极化的统计特性

研究了电磁波瞬态极化的统计表征问题. 首先分析了瞬态极化电磁波Stokes矢量表征的物理内涵, 为求解瞬时Stokes矢量的统计分布提供了简捷的途径. 在此基础上, 分析了电磁波瞬态极化在Gauss分布假设条件下的统计特性, 给出了瞬时Stokes参数的概率密度函数及其联合概率密度函数的解析表达式. 最后, 对瞬态极化电磁波在极化基分量之间相互独立的情况下进行了计算机仿真, 验证了该表征方法的有效性和简捷性.     

方向微孔表面动压效应实验研究

表面微孔的方向性可以改变表面流体的流向,在孔区末端的汇聚挤压形成明显的流体动压效应.文中以椭圆微孔表面为研究对象,通过环环润滑实验考察了方向微孔表面的动压效应.对不同倾斜角、方向因子和开孔面积的微孔表面,在不同载荷和转速工况下的膜厚和摩擦扭矩的变化规律进行了研究.实验结果表明：方向微孔通过改变流体的流向形成表面流体膜动压效应,方向微孔表面具有显著的动压承载能力,使摩擦副端面迅速打开,容易形成全膜润滑,避免表面间的摩擦磨损;微孔方向因子、倾斜角等参数对表面动压效应影响明显,方向性越强、转速越高,动压效应越大,表面流体膜承载能力越高.实验结果与理论分析相一致,方向性微孔可有效改善密封端面的动压开启性能.     

地表热红外辐射方向特性的航空飞行试验研究

为了研究农作物冠层的热红外辐射的方向变化特性，一台装备８０°视场角广角 镜头的宽波段红外热像仪被安置在小型飞机上，沿不同的航线获取同一地区的热红外 多角度图像，传感器以不同的观测角瞄准地面同一目标、因而可以获得同一地表目标 热红外辐射的多角度信息．介绍了机载多角度热红外遥感图像的处理原理、方法及处理 结果，并分析了几种典型农作物在不同生长季节热红外辐射方向性的变化规律。     

行播作物热辐射方向性规律探讨

作物常以行结构方式播种,行结构能引起作物垄间光照土壤和垄内阴影土壤间较大的温度差异,且在方位角上可导致明显的正像元组分构成差异,这些差异使行播作物在方位角和天顶角上同时存在热辐射方向性变化．将作物行结构方式当作随机播种方式来处理,显然会使热辐射方向性产生较大的误差．为消除误差,有必要研究行播作物的热辐射方向性规律．用 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法模拟行播结构参数对作物热辐射方向性的影响,模拟结果表明：垄宽、垄高、垄间距和叶面积指数等参数对热辐射方向性的影响都比较明显,但影响最大的因素是观测方位角．     

利用ATSR数据分解土壤和植被温度的研究

欧洲遥感卫星（ＥＲＳ）上安装的ＡＴＳＲ传感器是目前惟一能在两个观测角度上提供准实时热红外测量的有效工具．相对于正在准备之中的新一代多角度卫星传感器而言,ＡＴＳＲ数据为我们提供了一个在热红外区域开发有关方向性观测信息潜力的机会．通过对一景ＡＴＳＲ图像的分析,结果显示尽管大气状况对于准确度的影响非常敏感,但是,仍然可以在可接受的范围内反演出不同方向的亮温值（地表各向异性辐射量）,为了从不同方向的亮温值同时反演出植被和土壤的温度,必须对大气状况和像元内容进行 恰当的表述,否则,这种反演将具有很大的不确定性．     

（邻甲基苯胺-苯胺）共聚物／Ba0.8La0.2Al2Fe10O19复合物的可控制备及电磁性能

用原位聚合方法制备了（邻甲苯胺一苯胺）共聚物／Ba0.8La0.2Al2Fe10O19复合物（Poly（OT-co-AN）／BLAF）．通过正交优化设计,考察了单体的质量比（moT／mAN）、聚合温度、聚合时间和BLAF投料量对复合物的结构、形貌、电导率和磁性能的影响．结果表明：共聚物对BLAF粒子具有较好的包覆作用,复合物的组分之间具有一定的相互作用;复合物的磁性能与BLAF粒子的含量相关联;BLAF的投料量对复合物的组成和电导率有较大的影响,其次是温度;复合物对电磁波的反射损耗和有效带宽是Poly（OT-co-AN）和BLAF协同作用的结果,当BLAF与混合单体（moT／mAN=1：1）的质量比为0.2,25℃聚合10h所得复合物的反射峰值和有效带宽分别达到-26．94dB和8．54GHz．复合物优良的微波吸收性能,有望成为电磁波吸收与屏蔽领域的侯选材料．     

增材制造技术及其在微波无源器件设计与制备中的研究现况与展望

滤波器、天线等微波无源器件是现代微波通信系统中必不可少的组成部分.但是,随着无线通信技术的飞速发展,微波无源器件不断小型化、复杂化,器件对尺寸精度要求愈加严格,传统加工工艺在制备小型化复杂结构微波元器件上出现了制约.而增材制造技术(3D打印)是一种快速、绿色、高精度的新兴制造技术,具有不需要模具、人工成本低、材料利用率高、成型精度高、可制备复杂结构的优点,为企业和个人的生产与设计带来革命性的变化.对于成型精度要求高、结构设计较为灵活的微波无源器件而言,增材制造的出现使其摆脱了传统制造工艺的束缚,进而更多结构复杂、性能优异的器件得以实现,因此增材制造技术对于微波无源器件的生产与设计具有重要意义.本文主要介绍了增材制造特点、增材制造原材料的研究现况,并论述了增材制造技术在微波无源器件设计和制备过程中的应用,最后阐述了增材制造微波无源器件面临的挑战与机遇,为今后微波无源器件的增材制造科学研究及工程应用提供了一定的参考作用.     

地物热辐射方向性影响主因子的揭示 ——提高辐射温度方向性观测精度的新途径及数据剖析

排除影响地物热辐射方向性三因子以外的噪声，即消除热红外传感器随着测 量角度的变化所接收到的组分变化所引起的噪声；消除前后测量的时间差里地表热量 平衡变化所引起的噪声，这是多角度遥感测量中的难题，长期以来一直没有得到解决． 提出利用“热像仪－定面积法”和“双传感器－同步法”进行测定．试验结果表明，以前 的几种方法所观测到的数据离散、无规律，而利用本方法获取的数据，呈现出相当有规 律的方向性分布．从而揭示了影响地物目标热辐射方向性的主要因子和它们各自的影 响程度．     

噬菌体在癌症治疗研究中的应用

噬菌体作为一类特殊病毒能影响癌症进程.最新研究发现部分噬菌体通过活化免疫应答,影响细胞因子的分泌,调节肿瘤微环境,有益于癌症治疗.噬菌体还可作为筛选具有诱导抗肿瘤效应的外源肽的平台.本文综述噬菌体在癌症治疗研究中的应用,寻找攻克恶性肿瘤新途径.     

时间反转镜像技术在微波致热超声成像系统中的应用

论证了不同生物组织对微波能的吸收分布与微波致热声源分布的比例关系,然后将基于伪谱时域方法的时间反转镜像技术用于微波致热超声扫描成像系统中．仿真表明,在很低的信噪比和模型参数存在随机变化的情况下,基于伪谱时域方法的时间反转镜像结果仍然具有良好的成像对比度和成像分辨率．     

等离子体中尘埃粒子对电磁波的吸收效应

基于Mie-Debye散射模型研究了等离子体中的尘埃粒子对电磁波的吸收效应. 计算了Debye散射场的无旋分量及由它引起的入射电磁波的能量损耗. 结果表明: 温度越低, 等离子体密度越高, Debye散射场的无旋分量产生的吸收截面越大; 对于较低的频率电磁波, 尘埃等离子体的散射主要表现为Debye散射, Debye散射场中的无旋分量引起的能量吸收不可忽略, 它引起的吸收截面对波的传播有重要影响.     

Contourlet域的灰度水印技术研究

为了提高水印算法的鲁棒性和安全性,提出一种基于Contourlet域的双重置乱灰度图像水印算法.首先对灰度水印图像进行Arnold变换和Baker映射双重置乱处理,提高水印安全性;然后将宿主图像进行Contourlet分解为一系列多尺度、局部化、方向性的子带图像,最后选择Contourlet低频系数嵌入水印,并采用明提取的方法获取水印.实验结果表明,该算法能有效的抵抗JPEG压缩、噪声、剪裁等攻击,具有较好的不可见性和更强的稳健性.     

基于无掩模光刻的生物透镜阵列组装方法

在微纳光学领域,透明的介质微球和活体生物细胞都因具备光学成像能力,而受到研究者越来越多的关注.然而,由于其尺寸和生物活性限制,很难将它们直接集成到光学系统上.基于光镊、声镊等多物理场方法虽然可以操作微球和细胞用于成像,但是对成像样本往往有特殊的要求.为此,本文提出了基于无掩模光刻的微球/细胞透镜阵列模块制备方法.利用自然沉降原理,分别将SiO₂微球和MCF-7细胞组装在水凝胶微孔阵列模块上形成微透镜阵列.实验和仿真结果表明,嵌入在水凝胶中的SiO₂微球阵列仍然保持其超分辨成像能力, MCF-7细胞可实现图像的放大.由于是阵列化成像,因此能够获得比单个微球或细胞更大的观测视野.本文所提出的模块化成像方法,有望应用于生物光子器件及在体光学成像领域.