鐵磁性非晶絲（簡(jiǎn)稱非晶絲）一方面具有優(yōu)異的軟磁和獨(dú)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(nèi)實(shí)現(xiàn)左手傳輸特性,且對(duì)外部激勵(lì)的改變有明顯的響應(yīng);另一方面,非晶絲具有微米級(jí)尺寸和良好的力學(xué)性能,常用作幾何尺寸匹配的功能相嵌入到結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中。綜合兩方面特點(diǎn),采用非晶絲陣列再配以合適的樹(shù)脂體系而構(gòu)建的復(fù)合材料,有望成為集優(yōu)異電磁和機(jī)械特性于一體的多功能復(fù)合材料,在高精度成像、電磁隱身等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,這類復(fù)合材料的研究挑戰(zhàn)主要是如何提高其對(duì)外場(chǎng)的響應(yīng)靈敏度和拓寬特征頻段,本研究從非晶絲的本征結(jié)構(gòu)及其陣列的排布設(shè)計(jì)入手,重點(diǎn)圍繞“非晶絲的磁結(jié)構(gòu)與電磁行為的關(guān)聯(lián)”、“非晶絲間的偶極相互作用”、“外加磁場(chǎng)/電流對(duì)頻段可調(diào)性探究”等問(wèn)題展開(kāi);在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)和制備非晶絲復(fù)合材料,探究不同介觀結(jié)構(gòu)下外場(chǎng)對(duì)其電磁性能的調(diào)控,并闡明復(fù)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(guān)系的物理本質(zhì),摸索并優(yōu)化固化工藝,為設(shè)計(jì)和制備高靈敏、寬頻譜、強(qiáng)響應(yīng)的非晶絲復(fù)合材料提供理論和技術(shù)支持。研究表明,非晶絲的高頻電磁行為由鐵磁共振主導(dǎo),通過(guò)控制合金成分和幾何尺寸... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

非晶絲的阻抗測(cè)試示意圖

第一章緒論5現(xiàn)出對(duì)電磁波的吸收，但物理過(guò)程不同，F(xiàn)MR是一種共振現(xiàn)象，滿足Lamor方程才能發(fā)生，而GMI是一種傳統(tǒng)的電磁現(xiàn)象，發(fā)生的頻率和磁場(chǎng)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(chǎng)和磁場(chǎng)組成，當(dāng)物質(zhì)與電磁波相互作用時(shí)，通常用介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ分別描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用，根據(jù)ε和μ的不同取值可將物質(zhì)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(fù)材料也能找到個(gè)例，唯獨(dú)不存在第三象限所示的具有“雙負(fù)”特性的天然材料，然而從數(shù)學(xué)角度分析ε<0且μ<0時(shí)，二者乘積大于零，電磁波可以在這種介質(zhì)中傳輸?shù)皇躯溈怂鬼f旋度方程發(fā)生改變而符合左手定則，表現(xiàn)出負(fù)相移、負(fù)折射效應(yīng)、逆多普勒效應(yīng)等新物理效應(yīng),因此稱其為“左手材料”[38]。圖1.2磁導(dǎo)率和介電常數(shù)分類及其對(duì)應(yīng)的材料[38]Fig.1.2Classificationofpermeabilityandpermittivitywithcorrespondingmaterials[38]早在1967年前蘇聯(lián)科學(xué)家Veselago即理論預(yù)言了左手材料的存在，但由于其沖擊了傳統(tǒng)學(xué)科又限于物理?xiàng)l件無(wú)法驗(yàn)證而飽受質(zhì)疑[39]；直到上世紀(jì)90年代末出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，帝國(guó)理工大學(xué)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(shí)其介電常數(shù)為負(fù)值，以及周期性開(kāi)口諧振環(huán)（SRRs）的磁導(dǎo)率在諧振頻率附近為負(fù)值[40]；2001年Smith利用上述兩種結(jié)構(gòu)組合（如圖1.3），首次利用實(shí)驗(yàn)真正實(shí)現(xiàn)了微波段的負(fù)折射率，驗(yàn)證了左手材料的存在[41]，從此開(kāi)啟了材料領(lǐng)域的新紀(jì)元，標(biāo)志著一種嶄新的材料設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)生，昭示著人類可以在不違背基本物理學(xué)規(guī)律的前提下，在認(rèn)識(shí)和改造現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)高新技術(shù)、尖端設(shè)備等手段，按照自己的意志設(shè)計(jì)制備新型

浙江大學(xué)碩士學(xué)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(xiàn)在基于這種設(shè)計(jì)思想已經(jīng)發(fā)展出一個(gè)龐大的材料體系，統(tǒng)稱為“超材料”，泛指所有“通過(guò)人為設(shè)計(jì)和加工所得的具有自然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的材料”，這些材料從本質(zhì)上具有三個(gè)重要的特征：一是其往往具有人工制造的周期性幾何結(jié)構(gòu)；二是其具有異于常規(guī)材料的物理性質(zhì)；三是其性質(zhì)往往決定于其中的人工結(jié)構(gòu)而非構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的材料本征屬性。圖1.3周期排列的（a）金屬棒陣列；（b）開(kāi)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(xiàn)通過(guò)調(diào)整諧振單元的幾何參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)ε和μ的任意調(diào)控，為各種新型功能器件的設(shè)計(jì)提供了更廣泛的材料基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)靈活度；但由于基本單元的尺寸微孝結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精細(xì)，涉及制備的微納尺寸加工技術(shù)尚不成熟，制備成本極高，不利于工業(yè)化批量生產(chǎn)，成為限制其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸之一。Cabonell等人于2009年發(fā)現(xiàn)周期性排布的非晶絲陣列在特定的微波頻段內(nèi)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(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部模擬曲線可見(jiàn)，在鐵磁共振頻率附近，非晶絲磁導(dǎo)率的實(shí)部由正值變?yōu)樨?fù)值，虛部達(dá)到最大值，這意味著在FMR和FMAR兩特征頻率之間其磁導(dǎo)率為負(fù)（如圖1.4）；同時(shí)共振并不影響非晶絲的導(dǎo)電性，在該范圍內(nèi)同時(shí)具有介電常數(shù)為負(fù)的特點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)了左手材料的典型雙負(fù)特性，這種基于非晶絲的左手材料最顯著的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后通過(guò)目前的鋪絲工藝即可獲得。在成功驗(yàn)證非晶絲陣列的左手行為基礎(chǔ)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(xiàn)】：
期刊論文
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