（光学工程专业论文）电流变液微波反射及频率选择特征.pdf

西：1 9 i 业大学硕士学位论文 摘要 摘要 电流变液是一种典型的软物质，通常是由高介电常数的微小颗粒分散在低 介电常数的绝缘液体中形成的悬浮体系。当对它施加电场时，其粘度和剪切强 度瞬间变化几个数量级，表现出固体的性质，具有快速可逆的特点。电流变液 的微波响应行为较少见报道。作为一种典型的软物质，电流变液在外加电场作 用下结构将发生交化，在特定的条件下将形成特殊的结构。由于外加电场作用 下电流变液分散相颗粒之间的偶极相互作用导致了内部结构变化，这使得体系 的等效介电常数大小以及分布发生变化。本文以钛酸钡、掺杂钛酸钡、掺杂二 氧化钛、二氧化钛包覆高岭土复合颗粒以及复相微胶囊为分散相颗粒，研究了 电流变液在外加电场作用下的微波反射以及频率选择性特征。取得如下研究成 果； 1 在微波频率为9 g 时，研究了纳米二氧化钛包覆高岭土、钛酸钡以及钇掺杂 钛酸钡三种电流变液的微波反射可调控特征。实验发现在垂直电场作用下， 二氧化钛包覆高岭土、钇掺杂钛酸钡两种电流变液微波反射系数均随电场强 度的增大而增大；钇掺杂钛酸钡电流变液微波反射系数变化幅度比二氧化钛 包高岭土电流变液宽；对钛酸钡电流变液存在一个临界浓度，高于这个浓度， 电场的调控能力随电场强度的增加单调减小，低于这个浓度，电场的调控能 力随电场的增加先减小后增大。 2 二氧化钛包覆高岭土电流变液反射回波相位随电场强度的增大出现最大值 后逐渐减小趋于平稳；钇掺杂钛酸钡和钛酸钡电流变液反射系数相位随电场 强度增大而增大。 3 当微波频率位于8 g 1 2 g 之间时，研究了钛酸钡、铈掺杂二氧化钛以及复相 胶囊电流变液在8 1 2 g 频段范围内的微波透射频率选择性特征a 实验发现， 加电场时，在8 1 2 g 范围内电流变液的微波响应发生明显变化，在某些波 段微波透过率随电场减小，而在某些波段随电场增大，且随电场强度的变化， 两北工业大学硕士论文 透过强度可以调控。 4 对于钛酸钡电流变液，在8 9 g 频段范围内，微波透过率存在最小值，而且 随电场强度增加透过率最小值点向低频方向移动。铈掺杂二氧化钛电流变 液在8 g 附近微波透过率存在最小值。对由复相胶囊组成的电流变液，在 8 9 5 g 之间微波透过率随电场强度减小：在l o 3 1 0 6 g 之间随电场强度增 大，在1 0 7 1 1 3 g 之间则又减小。初步认为频率选择性及透过强度可调控 性与电流变液和微波之间的相互作用导致的极化激元之间的耦合有关。 关键词：电流变液反射系数 相位极化激元祸合 西北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t l i q u i d sa r ed i v i d e di n t os i n g l ea n dc o m p l e xf l u i d sa c c o r d i n gt ot h e i r ss t r u c t u r e c o m p l e xf l u i d s a r ec a l l e ds o f tm a t e r i a l st o o e l e c t r o r h o l o g i c a lf l u i d s c o m p o s eo f h i g hd i e l e c t r i c c o n s t a n t p a r t i c l e s a n dl o w e rd i e l e c t r i cc o n s t a n tc a r r i e rf l u i d s a r e v e r s i b l ec h a n g e sh a p p e n sw h e ne x p o s e dt oa ne x t e r n a le l e c t r i c f i e l d a p p a r e n t s u s p e n s i o nv i s c o s i t i e sa n d s h e a rs t r e s sc a l li n c r e a s es e v e r a lo r d e r s o f m a g n i t u d e af e wr e s e a r c h e sa b o u tt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nm i e r o w a v ea n ds o f tm a t e r i a l s w e r er e p o r t e d a sac l a s s i c a ls o f tm a t e r i a l ，t h es t r u c t u r e so fe rf l u i d sc h a n g eu n d e r t h ee x t e r n a lf i e l d s ot h ev a l u ea n dd i s t r i b u t i o no ft h ed i e l e c 螗cc o n s t a n ti ne r f c h a n g e i nt h i sp a p e r t h ec o u p l i n gb e t w e e nt h em i c r o w a v ea n de r fw a s i n v e s t i g a t e d t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t sa r eg i v e na st h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) t h ea m p l i t u d eo fm i c r o w a v ea n dp h a s eo f r e f l e c t e dm i c r o w a v ec a nb e m o d u l a t e db ye x t e r n a lf i e l di ne l e c t r o r h e o l o g i c a lf l u i d s t h e r ei sat u r n i n g p a r t i c l ec o n c e n t r a t i o nf o rb a t i 0 2e r f u n d e rw h i c ht h er e f l e c t i o nc o e f f i c i e n t d e c r e a s e sl i n e a r l ya n da b o v ew h i c hi to r i g i n a l l yd e c r e a s e st oam i n i m u m v a l u et h e ni n c r e a s e st oac o n s t a n tv a l u ew i t ht h ee x t e r n a lf i l e d t h er e f l e c t i o n c o e f f i c i e n to fk a o l i n i t ec o m e dt i 0 2e r f a n dy d o p e db a t i 0 2e r f i n c r e a s e s w i t ht h ee x t e r n a lf i e l d a st ok a o l i n i t ec o a t e d 啊0 2e r ft h er e f l e c t i o n c o e f f i c i e n tr a n g eo fs a m p l el i sf r o m0 4 7t oo 5 5 s a m p l e2f r o m0 3 9t o 0 4 6 ，s a m p l e3f r o m 0 2 5t o0 3 3 a st oy d o p e db a t i 0 3e r f t h em o d u l m i n g a b i l i t yi sl a r g e rw i t har a n g eo f 0 1 7 0 6 5 7w h i c hi sb e t w e e nt h a to fs i l i c a o i la n de m p t y c o n t a i n e r ( 2 ) a st ok a o l i n i t ec o a t e dt i 0 2e r ft h er e f l e c t i o nm i c r o w a v ep h a s ea n g l e i n c r e a s e st o am a x i m u mv a l u et h e nd e c r e a s e st o ac o n s t a n t v a l u e b y c o m p a r i s o ni t i n c r e a s e sw i t ht h ee l e c t r i cf i e l da st oyd o p e db a t i 0 3a n d i i i 西北工业大学硕士论文 b a t i 0 3e r f ，t h ep h a s ea n g l em o d u l a t i n gr a n g ei sl a r g e rt h a nt h a to f k a o l i n i t e c o a t e dz i 0 2e r f t h em o d u l a t i o na b i l l t yo fe r fi sr e l a t e dt ot i l es t r u c t u r e s h i f ta n dd i e l e c t r i c p r o p e r t i e s o ft h e d i s p e r s ep h a s e d i e l e c t r i cp r o p e r t y c h a n g i n g o fd i s p e r s e p h a s e u n d e re x t e r n a lf i e l di st h er e a s o nt h a tt h e m o d u l a t i n ga b i l i t yi ss t r e n g t h e n e d ( 3 ) m i c r o w a v et r a n s m i t t i n gc h a r a c t e r so fe r fw i t hp a r t i c l e so fb a t i 0 3 、 t i 0 2d o p e dc ea n dc o l l o i dw e r ei n v e s t i g a t e d w ef o u n dt h a t m i c r o w a v e t r a n s m i s s i o n c h a n g e dg r e a t l y w i t ht h ee x t e r n a lf i e l d m i c r o w a v e t r a n s m i s s i v i t yb e c a m el a r g ea ts o m ef r e q u e n c yh o w e v e ri t d e c r e a s e da st o o t h e rf r e q u e n c y a tt h er a n g ef r o m8t o1 2 g h z ，m i c r o w a v et r a n s m i s s i v i t yo f e r fi st h ef u n c t i o no ft h e f r e q u e n c yu n d e rt h ee x t e r n a lf i e l d a l s ot h e e x t e r n a lf i e l dc a nm o d u l a t ew a v e t r a n s m i t t i n gs t r e n g t h a tt h er a n g ef r o m8 t o9g h z ，t h em i n i m u mt r a n s m i s s i v i t yv a l u ee x i s t e da st ob a t i 0 3e r f ；t h e f r e q u e n c yw h e r e t h em i n i m u mv a l u ee x i s t e dw a st e n dt ot h el o w e rf r e q u e n c y u n d e rt h ee x t e r n a lf i e l d t h em i n i m u mt r a n s m i s s i v i t yo fe r fw i t ht i 0 2 d o p e d c ee x i s t e dn e a rt h ef r e q u e n c yo f8 g h z ，t h ev a l u eo f t h em i n i m u m t r a n s m i s s i v i t yw a s t e n dt os m a l l e rw h e nt h ea m o u n to fc ei n c r e a s i n g w h e n t h e f r e q u e n c y w a sa m o n gt h e r a n g e f r o m8t o9 5g h z ，m i c r o w a v e t r a n s m i s s i v i t yd e c r e a s e d w i t ht h ee x t e r n a lf i e l da st oc o l l o i de r f h o w e v e r i t i n c r e a s e dw i t l lt h ee x t e r n a lf i e l df r o m1 0 3t o l1 3g h z ；f r o m1 0 7t ot1 3 g h zi td e c r e a s e dw i t ht h ee x t e r n a lf i e l dt o o w ec o n s i d e r e dt h ef r e q u e n c y c h o s e nc h a r a c t e ro fe r fa n di t sm o d u l a t o r ya b i l i t ym a yb eo w et o t h e c o u p l i n go f m i c r o w a v ea n dt h ep o l a r i t o n s a tt h es a m et i m et h e r em a y b e o t h e rc o u p l i n ge f f e c ta n de x c i t a t i o nt o o - k e vw o r d s ：e l e c t r o r h e o l o g i c a lf l u i d s ，r e f l e c t i o nc o e f f i c i e n t ，p h a s ea n g l e ，p o l a r i t o n s ， c o u p l i n g 1 v 塑j ! ：兰兰盔兰堡圭兰堡丝奎 蓥= 主! ! 童 第一章引言 液态是物质世界的重要组成部分，液体可分为简单液体和复杂液体两类， 复杂液体也称为“软物质”。复杂液体中的特殊结构和特性引起广泛关注。作为 凝聚态物理的一个重要分支，软物质不但有丰富的物理内涵，而且有重要的应 用前景。在一些悬浮液和混合液中，固体颗粒之间以及固一液之间有相互作用， 在外场作用下，可产生奇特的结构和性质变化。例如磁流体中的自组织行为， 胶体颗粒在液体中的分形聚集等。电( 磁) 流变液在电( 磁) 场作用下可以发 生“液一固”转变。通过调节电( 磁) 场强度可实现软一硬连续可逆变化，所 以电( 磁) 流变液被称之为“智能液体”。 电流变液( e l e c t r o r h e o l o g i c a lf l u i d s ，又称之为e r 流体) 是由高介电常数 低电导率的微小颗粒分散在绝缘油中形成的悬浮液。外加电场时，材料的结构 和性能发生改变，例如表观粘度在外加电场后可以增加几个数量级，当电场强 度足够大，可使其失去流动性抗剪切能力明显增强，表现出类固体的性质。 目前电流变液在工程技术中的应用主要是基于其力学值在外电场作用下的可调 控特征。作为一种典型的复杂流体，电流变液由于其组成和结构的复杂性，相 互作用的多样性、柔软、驰豫和其它特殊性质是固体物理中没有遇到的新问题。 所有这些问题都有待进一步的研究。引起电流变效应的机理与在电场作用下颗 粒之间的相互作用密切相关。早期的机理包括；静电极化，双电层重叠和水桥 理论等。在这以后叉提出了与实验事实更接近的电导模型。对于电流变形成的 机理有待迸一步深化。 本文基于电流变效应中的表面极化机制，在电流变液是智能系统的认识基 础上，研究了钛酸钡、掺杂的钛酸钡颗粒、掺杂的二氧化钛以及其明胶阿拉伯 胶复合凝聚包覆二氧化钛复相颗粒电流变液的微波反射与变频透射的电场调控 特征，以此深化复杂流体特殊结构以及性能的认识。本文的安排如下：论文第 1 西北工业大学硕士论文 一章：引言；第二章：对电流变技术的研究进展和应用做了综述主要包括电 流变研究的发展概况，电流变转变机理，影响电流变效应的几个因素，同时介 绍了极化激元方程和极化激元色散方程，重点阐述了表面极化激元的概念，获 得表面极化激元的实验方法以及表面极化激元的实例。第三章：电流变液微波 反射的可调控性特征；第四章：电流变液与微波相互作用的频率选择性特征； 第五章：全文总结。 2 西北t 业大学硕士学位论文第二章电流变液研究进展及极化激元 第二章电流变技术研究进展及极化激元 2 1 电流变研究的发展概况 电流变学研究始于1 9 世纪末人们对电粘效应的研究，当时人们发现，给一 种绝缘油质液加上电场时，其表观粘度会发生变化。a n d r a d e 【l 认为，表观粘度 增大可归因于两方面，第一是极性分子在电场中的有向排列；第二是离子在电 极附近的聚集。o n s a g e r 【2 】用离子氖的概念来解释小分子电解质溶液粘度增大的 现象。他认为离子氖在剪切场中的变形使溶液的表观粘度增大。k r o s n y e r g e n 3 详细研究了纯溶液中加入某些颗粒后的电粘效应，得出一些相关的定量表达式。 1 8 9 6 年，美国的d u f f g 和q u i k e 5 1 也发现了类似的电粘效应。s o k o l o v 6 1 对电粘 效应做了大量的实验和理论研究，认为电荷从一个或两个电极上注入液体，电 场施加到空间电荷上的库仑力引起液体的运动，把电粘效应看成是电场引起的 次级流动扰乱了原来的p o i s e u i l l e 流动。尽管如此，电场作用下的电粘效应，其 粘度改变量很小，一般不到5 ，这与电流变效应的粘度改变量相差很大。 电流变效应是w i n s l o w 7 】于1 9 4 7 年发现的他第一次将分散相颗粒和连续 相绝缘液组成悬浮体系并进行了系统的研究，提出了静电极化机制，此枫制将 e r 现象归因于连续相中的分散相颗粒的场致极化。在电场下。颗粒排列成纤 维链状结构，只有将纤维柱变形或将其打碎才能使悬浮体系流动，这就造成剪 切应力相应增大，其表观粘度来自于克服偶极子相互吸引所作的功。 早期的电流变研究主要集中在含水电流变材料的研究上，如淀粉，石灰石， 明胶等，这些颗粒需一定量的水或其他极性分子作激活荆来表现电流变特性。 颗粒直径从0 1 o n 到1 0 0 工册，悬浮体系中颗粒体积分数从o 0 2 到0 5 ，连续 相中使用硅油和碳氢油类等低电导率、低介电常数的液体。这一阶段，形成了 “水桥理论”、“双电层重叠理论”以及极化模型等鳃释电流变现象的新理论。 然而，含水电流变液在应用中存在许多难以克服的缺点，主要包括： 1 西北一 业大学硕十论文 ( 1 ) 材料性能受温度影响大，在o 一1 0 0o c 范围以外无法表现电流变效应。 ( 2 )由于水的存在，使通过的电流密度增大，能耗太高。 ( 3 )水的存在降低了电流变液抗击穿能力。 ( 4 ) 在水中溶解的电流变材料中的盐离子造成了对器件的腐蚀。 由于以上的原因，含水电流变材料很难满足实际应用需要。进入7 0 年代， 各国投入大量的资金，开展电流变液的研究，英国的s t a n g r o o m 8 1 和b l o c k 9 l 等 人研制了几种性能较好的电流变液体，此时电流变的工程应用也开始了研究， 英国的b u l l o u g h 旧】对电流变减振器进行了原理性的试验。 b l o c k 和k e l l 1 i 】在8 0 年代研制了无水电流变液，这种材料的研制成功，标 志着电流变液研究新阶段的开始，也是电流变液向应用化发展的重要一步。无 水电流变材料克服了含水电流变材料的多种缺陷，特别是有了一个较宽的工作 温区。与此同时，也诞生了一些新的理论以解释新的无水电流变现象，如电导 模型，介电失配理论等。 无水电流变液的研制成功，掀起了电流变液研究高潮，1 9 8 7 年以来，每两 年一届的国际电磁流变学术会议 1 2 - 1 8 1 汇集了参与该领域研究的专家学者，代表 了该项研究国际化的最高水平，1 9 9 9 年7 月，在夏威夷召开了第七届国际电磁 流变学术会议，与会的专家学者对电流变的桃理、材料制备、工程应用进行了 广泛深入的探讨，并一致认为，该项研究一定会取得进一步的发展。与此相应， 目前每两年召开一次全国电磁流变学术研讨会，参与此项研究的团体也逐渐扩 大，如：中科院物理所、化学所、清华大学、复旦大学、中国科技大学、湘潭 大学、哈工大、华中理工大学以及西北工业大学等。 d 西北工业大学硕士学位论文第二章电流变液研究进展及极化激元 2 2 电流交效应的转变机理 2 2 1 流变学表征 电流变液的流变学表征主要有：屈服应力、剪切应力、动态模量、静态剪 切粘度和表观粘度等。其中屈服应力、剪切应力、表观粘度是最常用的表征变 量。对于大多数的电流变液来说，静态屈服应力小于动态屈服应力，表观粘度 是所测表观剪切应力与剪切速率的比值。通常测试电流变液的流变学行为有三 种方法：( 1 ) 静态条件下测试，只获得静态屈服应力值，不能得到流变学曲线。 ( 2 ) 动态剪切条件下测试，可获得流变学曲线。 ( 3 ) 流动条件下测试，因用料量大而在实验室较少采用。 稳定的剪切流变响应通常被描述为宾汉流体的响应f i g ： 户，e o ) = r o ( e o ) + 叩尹 f o r r f o t = 0f o r t f r 。在电 场作用下，介质球被极化，形成一电偶极矩p = 4 n g o c a 3 应，其中s 。为真空 介电常数，a 为球的半径，b = 一1 ) + 2 ) 为介电失配常数，其中n 在高 频极限或真空下为口= g ，占，而在直流电场中为口= 仃p t r ，。 d a v i s 3 6 1 和t a o 【3 7 1 等考虑到电流变液中两个颗粒间的相互作用力。当两个球 相距为r 且中心连线与外场平行时，则两球之间的偶极作用为 厶= ( 6 1 4 s r e s ) ( p 2 r 4 ) 。此时以为吸引力。 当两球相距为r 且中心连线与外场方向垂宜时，厶= 2 4 昭。占f 以3 2 e 2 r 4 ，此时为排斥力。 在直流( d c ) 或低频交流( a c ) 电场下电导失配b = b p 一口，j b p + 2 ( r j 对e r 效应起主要作用。 在高频a c 下介电常数失配b = 【p - , a 4 p + 2 8 厂j 起主要作用。 2 2 6 电导模型 d a v i s 3 8 】和a n d e r s o n 3 9 指出，在直流和低频电场下，电导率对电流变效应起 - 1 0 西北i i 业大学硕十学位论文第二章电流变液研究进展及极化激元 主要帆介电失配因玲署，用复数表删k 若等，复介 主要作用。介电失配因子p = l i l ，用复数表示为p + = _ 乇_ 0 i ，复介 8 d + 2 er口+ 2 sr 电常数与频率的关系可由德拜关系4 0 】给出： + ( ) = 8 | ( 1 一据( ) = e m + 三鱼一f 旦， 矿油卜一的) - 蚓i 嘞= 一吉盖一嵩 l + f 国t e n 实淞( ) = s o o + 藩，虚神( h 8 5 - - g c 。) 毒+ 毒0 趟满足l + 一t l + 一百。 山5 条件叭( u j = = ? i , l i = j fm h z 圈7掺铈的二氧化钛电流变液2 透过串曲线 fm h z | 璺| 8掺铈的二氧化铁f 岜流变液3 透过率 1 线 - 4 9 - 两北工业大学硕士论文 图9 是重量百分比为1 1 5 的复相胶囊电流变液的透过量曲线图。由图可 知，在8 9 5 g 范围之内，在不同电场强度作用下，微波的透过率是减小的，并 且随电场强度的增大，透过率的减小越大；在其它频段，如在1 0 3 1 0 6 g 之间 微波透过率随电场增大，而在1 0 7 11 3 g 之间微波透过率随电场减小，电场对 微波透过率的调控作用有频率选择性。 图90 2 的胶囊电流变液透过率曲线 图i 0 1i5 的脞囊电流变液透过率曲线 5 0 两北。1 i 业犬硕士学位论文第四章电流变液与微波相互作用的频率选择性特征 图( 1 0 ) 是重量百分比为o 2 的复相胶囊电流变液的微波透过量曲线图。 由图可知，在8 9 5 g 范围内，在不同电场强度作用下，微波的透过率随电场是 减小的：在其它频段，电场对微波透过率的调控作用有一定的频率选择性，而 且与颗粒的浓度有关。我们认为复相胶囊电流变液微波透过率的频率选择性与 胶囊的结构有关。胶囊内面是二氧化钛颗粒和复合相，我们以前的实验表明胶 囊( 内含四氯乙烯) 内面的颗粒在电场的作用下将随电场从囊壁的一面运动到 另一面，在外电场和微波的共同作用下，二氧化钛颗粒的运动使得胶囊颗粒之 间的偶极距与微波场之间可能产生耦合，从而引起胶囊电流变液微波透过率的 频率选择性。 软物质中特殊的结构和特性是引起微波传播特性变化的原因。作为一种典 型的软物质，已有研究报道电流变液在外加电场的作用下其结构转变与悬浮液 以及所施加的电场之间的关系，体系结构随电场强度以及分散相浓度可从体心 四方向面心立方结构转变1 。当分散相颗粒形成体心或面心结构时。颗粒链 ( 柱) 结构形成了类似于离子型晶体结构。在结构的转变过程中，介电常数是 结构的函数，而结构又与分散相颗粒以及电场有关。所以结构致介电常数的起 伏导致了极化波的出现，因此在这种类离子型结构中可能出现了极化激元。微 波在电流变液中的传播是以微波以及其极化激元的混合形式传播的。在这过程 中微波将与其极化激元相互耦合。在某些频段由于频率的匹配使得强烈的耦合 表现为共振吸收。再次，通过电控准周期离子型结构的出现，这种有序的结构 将影响微波的传播特性。可以认为电流变液中微结构与其空间准有序的组合是 微波的透过率变化具有频率选择性的原因，这也使得透过率具有正负( 加减) 效应；与此同时频率的选择性又与分散相颗粒性质有关。 4 4 结论 ( 1 )在8 - 1 2 g 频段范围内，电场作用下电流变液的微波透过率有频率选择性 电场对微波透过强度有调控作用。 - 5 l - 西匕工业大学硕士论文 ( 2 ) 对钛酸钡电流变液在8 9 g 范围内，微波透过率存在最小值；透过率最 小值随电场强度增大向低频方向移动。 ( 3 ) 对于掺* i t i - - 氧化钛电流变液，在8 g 附近微波透过率存在最小值，随铈 含量增大对微波的频率选择性交明显。 ( 4 )由复相胶囊组成的电流变液，在8 9 5 g 之间微波的透过率随电场强度而 减小；在1 0 3 1 0 6 g 之间微波透过率随电场强度而增大在1 0 7 1 1 3 g 之间微波透过率随电场强度则又减小。 ( 5 ) 电流变液对微波透过率的其频率选择性以及调控作用与电流变液中微波 和其极化激元之间的耦合作用有关，同时电流变液中还还存在其它的耦 合效应和元激发。 塑i ! ! ：些查堕主堂篁笙壅 笙璺兰皇堕銮堕皇丝望塑兰堡旦塑堡皇垄塑壁堑笙 参考文献 1 】y a b l o n o v i t c he1 9 8 7p h y s r e v ，l e t t ，5 82 0 5 9 2 0 6 2 【2 】j o h ns1 9 8 7p h y s r e v l e t t ，5 82 4 8 6 - - 2 4 8 9 3 l uyq ，z h uyy ，c h e nyf ，z h usn ，m i n gn b ，f e n gy j1 9 9 7s c i e n c e 2 8 4 ( 5 4 2 1 1 ：1 8 2 2 4 】s m i t hdr ，p a d i l l awj ，v i e rdc ，1 9 6 8p h y s r e v l e t t8 4 ( 1 8 0 ：4 1 8 4 4 1 8 7 5 】c h e n gg x 2 0 0 3p r o g r e s si np h y s i c s2 3 ( 1 ) ：8 2 程光熙2 0 0 3 物理学进展2 3 ( 1 ) ：8 2 】 6 】t a or ，s u n jm 1 9 9 1 p h y s ，r e v l e t t6 7 ( 3 ) ：3 9 8 4 0 1 7 z h o ul ，w e nw ，s h e np 1 9 9 8p h y s r e v , l e t t 8 1 ( 7 ) ：1 0 5 9 - - 1 5 1 2 【8 】d a s s a u g a y a k eu ，f r a d e ns ，b l a n d e r e n av ，2 0 0 0 j c h e m p h y s1 1 2 ( 8 ) ； 2 8 5 】 2 8 5 8 【9 】b l o c kh a n d k e l l yjp1 9 8 8j p h y s d ：a p p l p h y s2 11 6 6 1 ( 1 0 】a s h o u ro ，r o g e rc aa n dk o 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3 ( i i ) 1 2 2 1 ( 郭惠琳，王建平，王允韬，赵晓鹏自然科学进展1 3 ( 1 1 ) 1 2 2 1 】 - 5 4 西3 1 ；- e 业大学硕士学位论文 全文总结 第五章全文总结 本文首先对电流变液的发展作了概述，描述了电流变效应的理论模型，对 影响电流变效应的诸多因素，如外加电场，频率，含水量，温度等进行了介绍。 接着给出了介质中光( 电磁) 波与极化波混合作用而得出的极化激元方程和极 化激元色散方程，介绍了极化激元的物理意义，重点阐述了表面激化激元的概 念，获得表面极化激元的实验方法以及表面极化激元的实例。 本研究是基于电流变液在外场作用下结构转变机理，考虑电流变液结构转 变与电场强度以及分散相颗粒浓度之间的关系，在单一频率和宽频条件下，测 量了各种电流变液的微波响应特征，分析和研究了电流变液在外场作用下与微 波场之间的相互作用特征，得出以下结论： ( 1 ) 外加电场可对电流变液微波反射回波的振幅和相位进行调控。 ( 2 ) - - 氧化钛与高岭复合颗粒电流变液和钇掺杂钛酸钡电流变液在外加电场 的作用下反射系数均随电场强度增大而增大。对钛酸钡电流变液存在一个临 界浓度，高于这个浓度，反射系数单调增加低于这个浓度，反射系数先减 小后增加。 ( 3 ) 二氧化钛与高岭土复合颗粒电流变液反射回波相位随电场强度增加到一 个最大值后逐渐减小到稳定值：钇掺杂钛酸钡和钛酸钡电流变液反射回波 相位随电场强度增大单调增大。 ( 4 ) 加电场作用下电流变液对微波反射的调幅调相能力与电流变液结构变化 有关，并且调节能力大小与分散相自身介电性质有关。 ( 5 ) 在8 1 2 g 频段范围内，电场作用下电流变液的微波透过率有频率选择性， 电场对微波透过强度有调控作用。 ( 6 ) 对钛酸钡电流交液在8 9 g 范围内，微波透过率存在最小值：透过率最 小值随电场强度增大向低频方向移动。 e s 聪北工业大学硕士论文 ( 7 ) 对于掺铈二氧化钛电流变液，在8 g 附近微波透过率存在最小值，随铈 含量增大对微波的频率选择性变明显。 ( 8 )由复相胶囊组成的电流变液，在8 9 5 g 之间微波的透过率随电场强度而 减小；在1 0 3 1 0 6 g 之间微波透过率随电场强度而增大，在1 0 7 1 1 3 g 之间微波透过率随电场强度则又减小。 ( 9 )电流变液对微波透过率的其频率选择性以及调控作用与电流变液中微波 和其极化激元之间的耦合作用有关，同时电流变液中还还存在其它的耦 合效应和元激发。 5 6 两北r 业入学硕十学位论文攻读硕士学位媚问完成的论文 攻读硕士学位期间完成的论文 1 黄敏，赵晓鹏，王宝祥，尹剑波曹昌年电流变液微波反射可调控性物 理学报2 0 0 4 物理学报5 3 ( 6 ) 2 h u a n gm i n z h a ox i a o p e n g w a n gb a o x i a n g y i nj i a n b oc a o c