一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法，其包括如下步骤：步骤1、根据颗粒状材料的面径比，求得颗粒状材料的轴向退磁因子ST和径向退磁因子SL；步骤2、根据颗粒状材料的轴向退磁因子ST和径向退磁因子SL，求得轴向混合因子和径向混合因子；步骤3、根据测试出的颗粒状材料随机分布于基体材料内形成的复合材料的等效电磁参数，进而应用数值方法提取出颗粒状材料的本征电磁参数。本发明的有益效果是精度高、适用范围广且考虑分布效应。
【专利说明】一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电磁参数测量领域，具体涉及一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提 取方法，尤其是微纳米尺寸颗粒状材料的本征介电常数和磁导率的提取方法。
【背景技术】
[0002] 在填充型复合材料等效电磁性能研究中，作为填料的颗粒状材料本征电磁参数 (介电常数和磁导率）既是复合材料设计的目标参数，也是复合材料等效电磁性能理论计算 的基础参数,因此填料本征电磁参数的研究意义重大。实际的微波电磁参数测试过程中,对 于颗粒状，特别是微纳米尺寸的颗粒状材料只有通过与其他基体进行复合才能获得由其所 组成的复合材料的等效电磁参数，而填料的本征电磁参数受测试方法限制往往很难直接测 得。
[0003] 目前，若想获得颗粒状材料的本征电磁参数，必须通过测量复合材料的等效电磁 参数，进而应用复合材料等效性能预测理论反推提取出填料的本征电磁参数。为了获得 材料的本征电磁性能，研究者开展了大量的工作，其中最有价值的工作集中于"有效介质 理论"的应用和改进。广义有效介质理论的研究开始于十九世纪的混合法则，历经长期的 应用和发展，具有多种描述形式。就电磁性能而言，现在有效介质理论均基于等价偶极子 描述，即复合材料的宏观电磁性能取决于其中的电、磁偶极子的密度，而偶极子密度取决于 材料各组分的本征电磁性能及其体积分数。在这种描述下，研究者给出几种形式的有效介 质方程，其中比较典型的有Maxwell-Garnett方程、Lorentz方程，Clausius-Mossotti方 程以及Bruggeman方程。这些方程的不同之处在于它们对复合材料中基体相的定义不同。 Maxwell-Garnett方程所描述的复合材料中包含连续的基体相和孤立分布的颗粒,Lorentz 方程和Clausius-Mossotti方程均以真空作为基体相，而在Bruggeman方程中则把整个复 合材料本身作为基体相。三类方程中Bruggeman方程的发展最晚、适用性最广，它能够处理 填充浓度接近介电特性填料渗流阈值时的复合材料等效性能问题，但这种方法更加适用于 球形颗粒材料，对于形状各向异性(如纤维形、片形等）的颗粒状材料本证电磁参数提取则 受到限制，且在高频段的本征磁导率参数提取时模型失效。上述几种理论模型在提取颗粒 状材料本征电磁参数时数值精度和适用范围各存在不同程度的缺陷，主要是因为模型没有 考虑基体内部填料间的多重相互作用，即填料的分布效应。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种精度高、适用范围广且考虑分布效应的用 于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法，尤其是微纳米尺寸颗粒状材料本征电磁参数提取 方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案如下： 一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法，根据测试出的颗粒状材料随机分布于 基体材料内形成的复合材料的等效电磁参数，进而应用数值方法提取出颗粒状材料的本征
【权利要求】
1. 一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法，其特征在于：根据测试出的颗粒状 材料随机分布于基体材料内形成的复合材料的等效电磁参数，进而应用数值方法提取出颗 粒状材料的本征电磁参数，具体方法步骤如下： 步骤1 :根据颗粒状材料的面径比厂求得颗粒状材料的轴向退磁因子St和径向退磁因 子Sl : 所述复合材料为颗粒状材料随机分布于基体材料内形成的，利用旋转椭球体来表示颗 粒状材料，令Ci1, ￡12和%分别为椭球体的半轴长，假设q=1?，则颗粒状材料的面径 比为0< ^ = (?/? = <22/%根据如下公式（1)?（2)计算出颗粒状材料的轴向退磁因子 31和径向退磁因子\ :
其中，当颗粒状材料为片形时，选择公式（1)中f> 1时对应的公式计算出颗粒状材料 的轴向退磁因子St和径向退磁因子& ; 当颗粒状材料为纤维形时，选择公式（1)中f<1时对应的公式计算出颗粒状材料的 轴向退磁因子St和径向退磁因子\ ; 当颗粒状材料为球形时，选择公式（2)计算出颗粒状材料的轴向退磁因子St和径向退 磁因子\，即各=4 = !; i 步骤2 :根据颗粒状材料的轴向退磁因子St和径向退磁因子&，求得轴向混合因子Qr 和径向混合因子Gx: 所述轴向混合因子Gr和径向混合因子(?按如下公式（3)?（4)计算：
其中，D为基体材料的电磁参数，基体材料的电磁参数可查表得到； 各为颗粒状材料的轴向退磁因子； A为颗粒状材料的径向退磁因子； /为复合材料中颗粒状材料的质量百分比，通常称为复合材料的填充浓度，所述复合 材料由颗粒状材料与基体材料混合而成； A为颗粒状材料的本征轴向电磁参数； 为颗粒状材料的本征径向电磁参数； 所述复合材料的填充浓度/小于颗粒状材料的渗流阈值； 步骤3 :根据上述公式（3Γ(4)，将轴向混合因子％和径向混合因子Gi带入如下公式 (5)：
其中，Drff为复合材料的等效电磁参数，可由测试得到； D为基体材料的电磁参数，基体材料的电磁参数可查表得到； 备为轴向混合因子； Gz为径向混合因子； a. 当颗粒状材料为各向同性材料时，即办=1^时，通过将上述公式（3)?（4)代入如 下公式（5)求得各向同性颗粒状材料的本征轴向电磁参数1--和本征径向电磁参数; b. 当颗粒状材料为各向异性材料时，即A·尹时，通过构造如下方程组（6)并将上 述公式（3) ~ (4)代入所述方程组（6)求得各向异性颗粒状材料的本征轴向电磁参数Dr和 本征径向电磁参数:
其中，Dg3为复合材料的填充浓度为 < 时的等效电磁参数； 为复合材料的填充浓度为/2时的等效电磁参数； 根据公式（3)?（4)可知，
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2.根据权利要求1所述的一种用于颗粒状材料本征电磁参数的提取方法，其特征在 于：所述电磁参数包括介电常数和磁导率。
【文档编号】G01N27/00GK104318096SQ201410548644
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】曲兆明, 王庆国, 程二威, 贾锐, 姜林, 王小亮, 官建国, 雷忆三, 范丽思, 周星 申请人:中国人民解放军军械工程学院