[发明专利]一种四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数的计算方法

说明书

本发明公开了一种四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数的计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，推导四针状氧化锌晶须复合材料的传输系数；步骤2，联立两个传输系数表达式得到超越方程；步骤3，求解超越方程，得到参数ε_eff。本发明一种四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数的计算方法，可以在没有先验的实验知识作为依据的情况下，更加简便快速的计算出四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数。

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，涉及一种四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数的计算方法。

背景技术

近年，关于纳米结构型复合材料的研究已经成为了纳米材料研究的热点之一。在许多不同种类的纳米结构型材料和添加物中，四针状氧化锌晶须因其所具有的高强度、高弹性模量、各项同性性质、微波及紫外线吸收能力等显著特点，已经得到了各国研究人员的广泛重视。人们已经开展了许多关于四针状氧化锌晶须复合材料的微波吸收特性的实验研究，也发表了大量的研究论文。然而，相比于实验研究的快速进展，用于计算这种重要的纳米结构型复合材料的微波吸收特性的通用理论方法仍然没有得到建立。

目前，能够用于计算四针状氧化锌晶须复合材料微波吸收特性的理论方法主要有两种。一种是理论衰减模型法，另一种是等效电磁参数法。前一种方法发表于2010年，通过详细推导四针状氧化锌晶须复合材料的微观电磁响应来得到微波吸收特性的理论表达式；后一种方法发表于2014年，首先采用等效球形粒子和强扰动理论来计算四针状氧化锌晶须复合材料的宏观等效电磁参数，进而结合传输线理论计算其微波吸收特性。但需要指出的是，这两种理论方法有一个共同的缺点，即在计算过程中需要用到先验知识。具体来说，一方面，理论衰减模型的最终表达式中需要用到实际测量的四针状氧化锌晶须复合材料等效电磁参数，但从理论计算的角度来看，等效电磁参数本身就是未知和需要求解的量，如果测得了等效电磁参数，就可以直接用来计算吸波特性；另一方面，使用等效球形粒子和强扰动理论来计算四针状氧化锌晶须复合材料等效电磁参数的方法中需要用到含有待定系数的泰勒展开式，而目前并没有确定这些待定系数的理论方法，需要通过对现有实验测得的反射率数据的拟合来得到，也就是说需要有先验的实验知识作为拟合依据。

因此，为了能够在制作实物之前就能够对四针状氧化锌晶须复合材料的微波吸收特性进行估计、分析和优化，就需要进一步开发能够在不需要任何先验知识的条件下计算该种复合材料等效电磁参数的通用理论方法。此外，考虑到氧化锌晶须本身是一种非磁性材料，而且常用的基体材料也基本上都是非磁性的，所以在实际中通常只需要计算复合材料的等效介电常数，而等效磁导率则可以认为等于1。

发明内容

本发明的目的是提出一种四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数的计算方法，可以在没有先验的实验知识作为依据的情况下，更加简便快速的计算出四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数。

本发明所采用的技术方案是：四针状氧化锌晶须复合材料等效介电常数的计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，推导四针状氧化锌晶须复合材料的传输系数；

步骤2，联立两个传输系数表达式得到超越方程；

步骤3，求解超越方程，得到参数ε_eff。

所述的步骤1具体为：

步骤1.1，将四针状氧化锌晶须复合材料的厚度记为d，等效介电常数记为ε_eff。由于四针状氧化锌晶须是一种非磁性材料，通常可认为复材料的等效磁导率等于1；

步骤1.2，由麦克斯韦方程组和相应的边界条件可知，根据四针状氧化锌晶须复合材料的等效介电常数可得其传输系数T₁的表达式为

其中j表示虚数单位，即k₀表示自由空间中的波数；