發(fā)布時間：2021-07-27 06:55

　　鐵磁性非晶絲（簡稱非晶絲）一方面具有優(yōu)異的軟磁和獨特的高頻電磁性能,研究表明非晶絲可作為諧振單元在特定的電磁波頻段內實現左手傳輸特性,且對外部激勵的改變有明顯的響應;另一方面,非晶絲具有微米級尺寸和良好的力學性能,常用作幾何尺寸匹配的功能相嵌入到結構復合材料中。綜合兩方面特點,采用非晶絲陣列再配以合適的樹脂體系而構建的復合材料,有望成為集優(yōu)異電磁和機械特性于一體的多功能復合材料,在高精度成像、電磁隱身等領域具有廣闊的應用前景。目前,這類復合材料的研究挑戰(zhàn)主要是如何提高其對外場的響應靈敏度和拓寬特征頻段,本研究從非晶絲的本征結構及其陣列的排布設計入手,重點圍繞“非晶絲的磁結構與電磁行為的關聯”、“非晶絲間的偶極相互作用”、“外加磁場/電流對頻段可調性探究”等問題展開;在此基礎上進一步設計和制備非晶絲復合材料,探究不同介觀結構下外場對其電磁性能的調控,并闡明復合材料的整體電磁行為、界面控制和非晶絲局部特性等要素之間關系的物理本質,摸索并優(yōu)化固化工藝,為設計和制備高靈敏、寬頻譜、強響應的非晶絲復合材料提供理論和技術支持。研究表明,非晶絲的高頻電磁行為由鐵磁共振主導,通過控制合金成分和幾何尺寸... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：102 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

非晶絲的阻抗測試示意圖

第一章緒論5現出對電磁波的吸收，但物理過程不同，FMR是一種共振現象，滿足Lamor方程才能發(fā)生，而GMI是一種傳統的電磁現象，發(fā)生的頻率和磁場范圍廣[37]。1.2.4鐵磁性非晶絲的左手電磁特性電磁波由同向振蕩且互相垂直的電場和磁場組成，當物質與電磁波相互作用時，通常用介電常數ε和磁導率μ分別描述電場和磁場與物質的相互作用，根據ε和μ的不同取值可將物質分為四類（如圖1.2），其中雙正材料在自然界中是普遍存在的，單負材料也能找到個例，唯獨不存在第三象限所示的具有“雙負”特性的天然材料，然而從數學角度分析ε<0且μ<0時，二者乘積大于零，電磁波可以在這種介質中傳輸但只是麥克斯韋旋度方程發(fā)生改變而符合左手定則，表現出負相移、負折射效應、逆多普勒效應等新物理效應,因此稱其為“左手材料”[38]。圖1.2磁導率和介電常數分類及其對應的材料[38]Fig.1.2Classificationofpermeabilityandpermittivitywithcorrespondingmaterials[38]早在1967年前蘇聯科學家Veselago即理論預言了左手材料的存在，但由于其沖擊了傳統學科又限于物理條件無法驗證而飽受質疑[39]；直到上世紀90年代末出現轉折，帝國理工大學的Pendry教授先后證明周期性排列的金屬絲類似于金屬等離子體，在電磁波頻率小于等離子體頻率時其介電常數為負值，以及周期性開口諧振環(huán)（SRRs）的磁導率在諧振頻率附近為負值[40]；2001年Smith利用上述兩種結構組合（如圖1.3），首次利用實驗真正實現了微波段的負折射率，驗證了左手材料的存在[41]，從此開啟了材料領域的新紀元，標志著一種嶄新的材料設計理念的產生，昭示著人類可以在不違背基本物理學規(guī)律的前提下，在認識和改造現有材料的基礎上，通過高新技術、尖端設備等手段，按照自己的意志設計制備新型

浙江大學碩士學位論文6功能的極限，為發(fā)展新型功能材料提供了新的途徑[42-43]，現在基于這種設計思想已經發(fā)展出一個龐大的材料體系，統稱為“超材料”，泛指所有“通過人為設計和加工所得的具有自然材料所不具備的超常物理性質的材料”，這些材料從本質上具有三個重要的特征：一是其往往具有人工制造的周期性幾何結構；二是其具有異于常規(guī)材料的物理性質；三是其性質往往決定于其中的人工結構而非構成該結構的材料本征屬性。圖1.3周期排列的（a）金屬棒陣列；（b）開路環(huán)諧振器（SRR）陣列[41]Fig.1.3Periodic(a)metalarrayand(b)split-ringresonator[41]隨著研究的深入，人們發(fā)現通過調整諧振單元的幾何參數，能夠實現ε和μ的任意調控，為各種新型功能器件的設計提供了更廣泛的材料基礎和設計靈活度；但由于基本單元的尺寸微孝結構復雜且精細，涉及制備的微納尺寸加工技術尚不成熟，制備成本極高，不利于工業(yè)化批量生產，成為限制其發(fā)展的關鍵瓶頸之一。Cabonell等人于2009年發(fā)現周期性排布的非晶絲陣列在特定的微波頻段內具有左手傳輸行為，并初步證明這種電磁特性是由非晶絲的鐵磁共振（FMR）和鐵磁反共振（FMAR）引起的[44]。根據相對磁導率的實部和虛部模擬曲線可見，在鐵磁共振頻率附近，非晶絲磁導率的實部由正值變?yōu)樨撝担摬窟_到最大值，這意味著在FMR和FMAR兩特征頻率之間其磁導率為負（如圖1.4）；同時共振并不影響非晶絲的導電性，在該范圍內同時具有介電常數為負的特點，因此實現了左手材料的典型雙負特性，這種基于非晶絲的左手材料最顯著的優(yōu)點是制備工藝簡單，結構設計完成后通過目前的鋪絲工藝即可獲得。在成功驗證非晶絲陣列的左手行為基礎上，Cabonell等人相繼又在2010年和2012年初步證明了利用外加磁嘗直流電

【參考文獻】：
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