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电流变液微波穿透可调控行为特征

范吉军  
【摘要】: 本文首先对电磁波在电流变液中传播行为进行了理论研究。依据外电场作用下电流变液结构由各向同性转变为各向异性,从而引起介电性能改变的实验事实,建立了电磁波在电流变液中透射行为的理论模型,导出了透射率的基本表达形式。理论模拟显示:当电流变液介电常数小于所处环境(容器)的介电常数时,透射率随电场增加而增加;反之减小。 考虑到微波传播方向与电流变液颗粒链方向不同会造成微波衰减的不同,因此设计并制作了两种用于测量电流变液微波透射率的电流变液样品盒。 对淀粉及淀粉/镍粉电流变液的实验研究表明:电流变液微波透射率的变化可由外电场调控。当电流变液浓度较低时,微波透射率随电场增加而增加;反之则减小。依据电流变液的介电测量结果及电流变液介电行为在电场作用下改变的实验事实,发现电场对微波透射率调控规律与理论模型相吻合。 考虑到BaTiO_3是一种非线性介质,在外电场作用下自身介电行为变化的特殊性,对BaTiO_3电流变液微波透射行为进行了研究,分别考虑微波传播方向与电流变液颗粒链相垂直和平行的情况,发现BaTiO_3电流变液微波透射率亦可由外电场调控。在垂直的情形,当流体浓度较低时,透射率随电场强度增加而减小,并且也随浓度增加而增加。当超过一定浓度后,透射率表现出由减小向增加的改变,存在一极小点。同时透射率的电场调节幅度较大。发现存在一个饱和电场强度,低于此值,透射率变化显著;超过此值,透射率变化趋于平稳。在平行的情形,透射率随电场强度增加而单调减小,在相同电场作用下,透射率随浓度增加而增加。此外,对不同电极间距下BaTiO_3电流变液微波衰减研究表明:相同电场强度作用下,电极间距的增加不仅可有效提高微波衰减的幅度,而且其单位电极间距调控微波衰减的幅度也增加、且是非线性的。 作者在试验中还发现微波透射率随电场强度的变化具有明显的弛豫效应。并且弛豫时间与电流变液的浓度及所加电场强度有关。 认为在外电场作用下,电流变液结构转变和介电性能的变化是导致微波透射率可调控的主要原因,而对于BaTiO_3电流变液更体现出了结构致介电常数的变化和BaTiO_3自身极化机制的协同效应。


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