本文關鍵詞：高通量電磁學表征技術及其儀器化

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【摘要】：材料科學是一門以實驗為基礎的復雜的系統(tǒng)科學,迄今為止,材料的研發(fā)速度很大程度上決定于實驗通量。傳統(tǒng)“試錯法”的實驗每次只能處理單個或有限個數(shù)樣品,效率低下,研發(fā)周期長,不符合當今的科技發(fā)展速度,采用高通量的方法進行組合材料的研發(fā),可以加速組合材料的篩選。電磁響應材料在工業(yè)中有著極其重要的作用,隨著科學技術的發(fā)展和應用要求的提高,電磁響應材料的發(fā)展趨勢是阻抗匹配性好、頻段寬、厚度薄、密度低。使用高通量對電磁響應材料進行篩選,篩選包含了組合材料制備和表征,制備和表征在材料的篩選中兩者缺一不可。本文對電磁響應材料表征技術和設備進行了一定的研究。由于介電材料在不同的頻段內表現(xiàn)出的特性也不相同,并且介電材料一般是在微波波段使用,只能使用微波對其表征,由于衍射極限的限制,如果使用遠長波時,其空間分辨率很難得到提高。本文首先選定了使用近場掃描的方法對介電材料樣品進行表征,首先調研了近場掃描顯微鏡的演變,比較了各種不同結構探測裝置的優(yōu)缺點,最后確定使用底部開端的同軸諧振腔來對樣品進行測試。首先讓諧振腔處于諧振狀態(tài),然后通過同軸諧振腔內導體上面安置的探針和樣品進行電磁耦合作用,當探針和樣品在近距離逐步接近或者是接觸的時候,諧振腔的等效阻抗將會發(fā)生變化。通過檢測裝置記錄諧振腔諧振頻率和品質因數(shù)的改變量,利用準靜態(tài)物理等效模型進一步計算出材料的介電常數(shù)等相關參數(shù)。本文首先仿真設計了1.5GHz頻率的諧振腔,并且設計了探針一樣品之間的距離控制方案。最后搭建了簡易的近場掃描衰逝顯微鏡,然后通過白寶石介電常數(shù)的測試驗證了這種距離控制方案的可行性。近場掃描衰逝顯微鏡對介電材料高效的表征,會加速電磁響應材料的篩選。從而為中國的工業(yè)的發(fā)展與進步奠定堅實的基礎。
【關鍵詞】：近場掃描衰逝顯微鏡 同軸諧振腔 微波仿真 介電常數(shù)測試
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB302.5;TH742
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 掃描顯微鏡介紹10
• 1.2 近場顯微鏡的發(fā)展10-11
• 1.3 近場掃描微波顯微鏡介紹11-17
• 1.3.1 現(xiàn)階段近場掃描微波顯微鏡技術12-15
• 1.3.2 近場掃描衰逝微波顯微鏡探針和樣品之間的距離控制15-17
• 1.4 實驗裝置17-20
• 第二章 微波諧振腔20-29
• 2.1 微波諧振腔介紹20
• 2.2 同軸結構中的TEM波表達式20-21
• 2.3 TEM波在同軸結構中的模型21-24
• 2.4 同軸諧振腔中TEM波的品質因數(shù)24
• 2.5 開端同軸腔的模式24-25
• 2.6 諧振器的耦合25-26
• 2.7 像電荷發(fā)對SNMM校正和對介電常數(shù)定量計算26-29
• 第三章 近場掃描衰逝微波顯微鏡探針制備29-34
• 3.1 探針制作實驗29-32
• 3.2 電化學腐蝕法工作原理32-34
• 第四章 諧振腔的仿真與制作34-46
• 4.1 諧振腔的微波環(huán)境仿真34-38
• 4.2 腔體的優(yōu)化與加工38-46
• 第五章 關鍵機械部件的設計46-51
• 5.1 角度調節(jié)裝置的設計與實施46-48
• 5.2 樣品臺48-51
• 第六章 白寶石介電常數(shù)測試51-60
• 6.1 諧振曲線擬合51-52
• 6.2 使用金對針尖直徑的擬合52-60
• 第七章 總結與展望60-61
• 7.1 總結60
• 7.2 后續(xù)工作展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-65
• 附錄A65-67
• 攻碩期間取得的研究成果67

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本文編號：634476