基于微波的物质检测系统设计

根据物质的介质损耗特性和微波的穿透特性,通过检测微波照射物质后能量的变化,可以实现对物质存在和类型的无损检测。利用网络分析仪和背腔螺旋天线搭建了测试系统,在较宽频带范围内,对多种物质进行测试。测试结果表明,在自由空间内,能够利用微波完成物质类型的无损检测,具有实用价值。     

微波炉:炊用炉具的革命(1947)

1946年,斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员。一个偶然的机会,他发现微波溶化了糖果。事实证明,微波辐射能引起食物内部的分子振动,从而产生热量。于是,雷声公司决定开发生产斯潘瑟设计的微波炉。顾名思义,微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波,这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多,而且还很有“个性”:微波一碰到金属就发生反射,所以金属根本没有办法吸收或传导它;微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料,但不会消耗能量;而含有水分的食物,微波不但不能透过,其能量反而会被吸收掉。微波炉正是利用微波的这些特性制作的。…     

吸波材料的物理机制及其设计

吸波材料是一种重要的军事隐身功能材料,其机理本质上是电磁波与物质相互作用,入射的电磁波通过介质最大限度地转变成热能或其他形式的能.评价吸波效能的主要参数是损耗因子、复介电常数、复磁导率.作者用简单的等效电路分析了材料吸波机制,阐明了这些参数的物理意义,定性地给出了吸波材料的设计方向.分析结果表明吸波材料的电磁损耗机制分为3种类型,即电阻损耗型、介电损耗型和磁损耗型;设计吸波材料时要综合考虑损耗吸收和波阻抗匹配2种因素;多元复合尤其是纳米无机物与有机聚合物复合,将3种损耗有效结合,并尽可能阻抗匹配,这是实现轻质、强吸收、宽频、微波红外隐身兼容且综合性能好的吸波材料的有效途径;研究材料的吸波特性还必须从微观层次上用量子理论分析材料对电磁波的基本吸收过程.     

微波法测量土壤湿度

本文是利用微波通过不同介质的物质能量损耗不同这个特性,对几种不同土质湿度进行了测量.得到了比较满意的结果.测量原理微波是指频率在3×10~8——3×10~(11)Hz 的电磁波.当微波在媒质中传播时,其能量将有所损耗.其能量损耗的多少可由下式来表示。     

波在密度周期变化等离子体圆波导中的传播特性

电磁波与等离子体之间的相互作用是等离子体电子学和高功率微波器件研究的重点,加载等离子体可以大幅度提高微波器件的输出功率和效率.该文提出了一种加载密度周期变化等离子体圆波导的周期慢波结构,即加载密度轴向正弦变化等离子体圆波导的介质周期慢波结构,并研究了电磁波在该介质结构中的传播特性,根据严格的理论推导,得出电磁波在其中传播的色散方程并进行了数值计算和分析.     

微波在无机材料热处理中的应用

微波是波长介于可见光与通讯波之间的电磁波。微波照射可以引起物质的发热而升温。其原理是电磁波耦合内部的极化因子并使之高频反转。文中归纳影响材料微波加热效应的材料相关因素有介电常数、损耗正切、耦合温度、材料密度等因素,列举了目前微波加热处理的关注领域,主要有微波合成、微波焊接、微波烧结等。其中,微波将在原子扩散、结晶相变和复合材料设计中发挥特殊的优势。     

液态物质的微波峰值吸收频率

利用微波辅助萃取中草药有效成分是一种新的高效萃取方法,微波加热是其重要的物理机制之一．微波加热具有选择性,当外加微波频率与物质的特定吸收频率相等时,物质对微波产生最强烈的吸收,此频率称为该物质的微波峰值吸收频率．峰值吸收频率决定于物质的结构,在微波辅助萃取中使用微波峰值吸收频率可以极大地提高有效成分的萃取率．将动态氢键引入分子的激活能;基于液体胞腔理论模型建立了液态极性分子问相互作用能的表达式;利用Eyring黏度公式求解了分子的转动弛豫时间;利用介电损耗系数与弛豫时间的关系,建立了液态物质的微波峰值吸收频率与物质分子间结构、分子转动惯量和电偶极矩等参数间的关系式．将得出的理论关系式应用于水和苯的计算,理论计算值较好地符合实验测量值,有利于深化微波与物质作用的理论研究,对微波辅助萃取实验也有一定的指导意义．     

具有核壳结构球形微粒的电磁波散射与吸收

基于核壳双层结构球形微粒的电磁波散射与吸收理论,对空心核壳、实心核壳的电磁波散射、吸收特性进行分析,讨论了电磁波波长与微粒粒径不同比例下的核壳结构几何参数、物理参数对入射电磁波散射和吸收的影响.     

应用于微波电磁场FDTD数值模拟的吸收边界条件

在应用FDTD方法模拟复杂空间中微波电磁场分布时,不仅要考虑入射电磁波的贡献,还要考虑反射电磁波的影响。对于后者,一般常采用吸收边界条件的方法予以处理。针对TEM电磁波的传播特点,推导出了一种新的吸收边界条件的表达式,并利用其对微波法金刚石膜沉积系统沉积室中电磁场的分布进行了数值模拟。     

基于微带天线的溶液浓度的测量

微波可以穿透被检测物质与其内部水分子相互作用.基于微波法,设计并制作了一款微带天线,并以有机溶液作为检测对象,分析了溶液的检测高度、含水量、谐振频点、回波损耗的关系.利用对水分敏感的微带天线将溶液的含水量转换成为微波电学参量的变化,建立换算数学模型,实现了透明液体浓度的在线测量.测试结果表明,本实验装置能有效检测出待测液体的浓度,且在60 mm的检测高度下检测灵敏度最高,设计的数学模型具有良好的检测效果,可用于液体的浓度检测.本文所建立的S参数模型、浓度—S11模型以及微带天线的非接触、实时、高精度的含水量检测技术,为液体浓度检测提供了一种新方法.     

碳纳米管的本征微波吸收特性研究

从碳纳米管电磁参数和微波吸收特性的实验结果出发,分析探讨了碳纳米管的本征微波吸收机理,并得出结论:界面极化吸收、多重反射和散射以及螺旋型碳纳米管的手性微波吸收是碳纳米管的主要本征微波吸收机理.碳纳米管的结构缺陷能增强极化效应,从而增加介电损耗;碳纳米管所具有的小尺寸效应、表面效应(比表面积大)、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等有利于其微波吸收.碳纳米管的电容率值远大于磁导率值,碳纳米管是一种介电损耗型吸波介质.     

陶瓷基复合材料微观应力分析与调控

初步分析了陶瓷基复合材料内部的微观应力及其影响因素，并结合具体的陶瓷基颗粒复合材料，阐明微观应力对材料力学性能的重要作用，并提出了通过调控材料内部的微观应力以改善材料力学性能．还研究了采用高频微波处理St3N4／TiC（P）陶瓷复合材料，利用Si3N4和TiC对微波能的不同吸收特性，调整材料内部的微观应力，提高材料的力学性能．     

微波辅助萃取的微波吸收系数与吸收功率密度

微波吸收系数和吸收功率密度是反映微波辅助萃取效率的两个重要参量,前者代表了溶液对微波能的整体吸收比率,后者代表了溶液中某一点处微波能转化为热能的强度.文中根据微波在介质中的传播规律,导出了微波吸收系数与溶液复介电常数间的关系式;并以微波与物质相互作用的基本原理为基础,导出了微波吸收功率密度与物质复介电常数以及空间位置间的量化关系式.所得结论可为微波辅助萃取中溶剂的选择以及特定溶剂中微波频率的选择提供理论参考.     

碳纳米管中氢等离子体的介电特性及微波吸收机理研究

运用双流体理论和唯象模型,导出了碳纳米管中氢等离子体的复介电常数和微波吸收系数,构建了铁催化高压歧化生成的碳纳米管中氢等离子体的微波吸收模型,从理论上证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是其主要微波吸收机理,揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管对2.45 GHz的微波产生强烈吸收的物理机制.     

吸波材料的研究现状与进展

吸波材料是一种重要的军事隐身材料和民用防护材料，其机理本质上是电磁波与物质的相互作用，由电磁损耗机制可分为三种类型，即电阻型、电介质型和磁介质型。本文从这三种类型的不同机理出发，分别论述了碳纤维、石墨、导电高聚物、钛酸钡、铁氧体及金属微粉的研究现状和发展趋势，较为详细地介绍了新型纳米材料的性质和在吸波方面的机理、应用，并对其它新型吸波材料的研究现状也有论述，最后对吸波材料的应用前景进行了展望。     

Rational design of carbon shell-encapsulated cobalt nanospheres to enhance microwave absorption performance

Co@C core–shell nanospheres highly dispersed on carbon supports were rationally designed to improve the microwave absorbing property of the composite material, and fabricated by one pot thermal decomposition and simple annealing process. The Co nanospheres were completely encapsulated with thin carbon shells, which can effectively prevent the oxidation of the Co surface. Additionally, the particle size of Co nanospheres were properly controlled to optimize the electromagnetic property of the composite material. As a result, the lightweight Co@C/C composites with the particle size of 20 nm exhibited much enhanced microwave absorption properties. The improved microwave absorption performance is attributed mainly to the enhanced isotropic ratio and impedance matching of magnetic composites via tuning the Co particle size. Therefore, the welldesigned core-shell Co@C composite structure will provide a new insight for the development of high performance microwave absorbers.     

特殊形貌纳米氧化锌的吸波性能研究

纳米ZnO作为一种新型吸波材料受到广泛关注,但对非c轴生长的ZnO纳米结构材料的吸波性能还缺乏系统研究.为了探讨ZnO纳米晶体的形貌对其吸波性能的影响,在熔盐、类离子液体等强极性介质中,合成了枝晶状、片状、锥状等非c轴生长的ZnO纳米结构材料,用XRD、SEM、TEM等对其物相、形貌进行了表征,对不同形貌的ZnO纳米结构材料的电磁性能与吸波性能进行了系统的分析,并与商品ZnO微粉的吸波性能进行了比较.结果表明,ZnO纳米片的吸波效果较好.复合了磁性材料后,ZnO的吸波性能有明显提高.     

掺杂聚苯胺复合材料吸波性能的研究

用不同的化学合成方法分别制备了PANI-DBSA,PANI-HCl粉末,并将该粉末与石蜡共混复合,制备了聚苯胺复合材料,着重研究了这两种聚苯胺的用量对复合材料的电导率、微波吸收性能的影响。结果表明,PANI-DBSA复合材料的电导率突变较PANI-HCl复合材料早,在相同质量分数（小于70%）下,微波吸收能力均优于PANI-HCl复合物。     

纳米Fe3O4/PANI复合体系的微波电磁特性研究

用原位化学反应生成法制备了纳米Fe3O4/PANI复合材料,研究了样品在2~18 GHz范围的微波电磁特性与吸收性能以及复合材料组分对电导率、密度的影响.结果表明,Fe3O4颗粒尺寸约12.7 nm,Fe3O4在复合体系中的质量分数为35%左右时,电导率最大,密度相对较低,微波吸收率最高,吸收峰值为-21 dB,-10 dB频宽大于4 GHz,样品同时具有电损耗和磁损耗.可见,通过优化设计,纳米Fe3O4/PANI复合体系可以成为一种性能优良的微波吸收材料.     

含钛高炉炉渣微波合成碳化钛及其介电性能测定

The preparation of functional material titanium carbide by the carbothermal reduction of Ti-bearing blast furnace slag with microwave heating is an effective method for valuable metals recovery; it can alleviate the environmental pressure caused by slag stocking. The dynamic dielectric parameters of Ti-bearing blast furnace slag/pulverized coal mixture under high-temperature heating are measured by the cylindrical resonant cavity perturbation method. Combining the transient dipole and large π bond delocalization polarization phenomena, the interaction mechanism of the microwave macroscopic non-thermal effect on the titanium carbide synthesis reaction was revealed. The material thickness range during microwave heating was optimized by the joint analysis of penetration depth and reflection loss, which is of great significance to the design of the microwave reactor for the carbothermal reduction of Ti-bearing blast furnace slag.