非线性复合介质电导的有效介质近似

在强外场作用下，复合介质的电输运性质服从非线性的本构关系．复合介质非线性电导率的计算相当复杂，在线性复合介质的理论框架内，已发展了多种有效介质近似方法．利用有效介质近似，可以导出计算有效偷运系数的简洁的解析公式．只要颗粒浓度在逾渗临界点以外以及颗粒和杂质的输运系数之比为有限的情况下，有效介质近似的计算都可以给出相当可靠的理论结果．因此，对于工程应用来说，有效介质近似是十分有用的工具．本文在非线性复合介质微扰展式解的基础上，发展了一种新的非线性有效介质近似理论文中导出的非线性有效电导率具有正确的低颗粒浓度极限．

有效介质近似自洽条件的研究

运用了两种自洽条件:(1)在长波长极限下,非均匀复合介质的净极化为零,(2)非均匀复合介质的有效电场等于单个颗粒中局域场的平均值,研究了具有不同的电导张量和几何微结构的二组元无规对称分布的椭球颗粒所构成的系统的有效介质近似方程EMA1和EMA2,讨论了逾渗阈值(临界体积分数)fC随退极化因子的变化情况,说明EMA1方程能更好地解释无规非均匀介质的输运性质.并且探讨了将这两种自洽条件应用于一种颗粒浸在另一种基质中反对称分布的Maxwell Garnett型的非均匀复合介质,得出有效电导率的公式.

基于有效介电函数的SOI材料的光学表征(英文)

通过参考有关文献关于卢瑟福背向散射能谱(rutherford back scattering spectrometry,RBS)、透射电镜(trans-mission electron microscope,TEM)、俄歇电子能谱(auger electron spectroscopy,AES)、红外反射谱法(infrared reflec-tion,IR)等手段对绝缘衬底上硅(silicon-on-insulator,SOI)微结构的分析研究,提出并建立了一种基于SOI有效介质近似理论的多层薄膜结构模型。基于该模型,利用总反射系数对红外光谱进行模拟能很好地揭示此材料的光学表征,验证了红外反射光谱法作为一种高灵敏度的分析技术,无论是受SOI材料中所注硅岛的体积分数比,或是其几何分布等的影响,都能准确地反馈材料的光学表征信息。

金属—绝缘颗粒复合介质逾渗阈值的研究

在金属—绝缘颗粒复合介质中 ,当金属颗粒的浓度达到渗流阈值时 ,复合介质发生金属—绝缘体转变 采用有效介质近似 (EMA)研究了颗粒系统中阈值与颗粒形状、分布的关系 。

纳米悬浮液的有效导热系数

文中以有效介质近似理论为基础,考虑了纳米颗粒在基液中强烈的B rown ian运动对强化传热的作用和纳米颗粒的表面吸附液体层、纳米颗粒的粒径和体积分数对纳米悬浮液有效导热系数的影响,建立了预测纳米悬浮液有效导热系数的模型,通过对纳米CuO-去离子水溶液的验证,发现该模型比几种经典模型具有更高的精度,因此具有一定的参考价值。

有效介质近似在Cu-MgF_2复合纳米颗粒薄膜光学性质中的适用性研究

采用射频磁控共溅射技术制备了Cu体积分数分别为15％和30％的Cu—MgF2复合纳米颗粒薄膜。透射电镜形貌图像表明，薄膜由不同形状的Cu晶态纳米微粒镶嵌于主要为非晶态的MgF2陶瓷基体中构成。用椭偏光谱技术计算得到Cu—MgF2复合薄膜在270-830nm波段的光学常数谱。用考虑颗粒形状效应的有效介质近似计算得到Cu—MgF2复合薄膜在相同波段的光学常数谱。谱相结合，分析讨论了Cu—MgF2复合薄膜的光学特性。把两样品的透射电镜形貌图像与光学常数理论谱、实验结果表明：去极化因子取值0．33的麦克斯韦-噶尼特（Maxwell-Garnett）模型可以较好地解释Cu体积分数为15％的Cu—MgF2复合薄膜的光学性质，而去极化因子取值0．6的布鲁格曼（Bruggeman）模型可以较好地解释Cu体积分数为30％的Cu—MgF2复合薄膜的光学性质。

有效介质近似理论在海浪破碎遥感中的应用

利用有效介质近似理论,在Pandey和Kakar的经验模式基础上提出了一个改进的研究强风驱动下白冠覆盖的海面有效发射率模式.该模式讨论了白冠层中球形气泡、水滴、海-气温差对海面发射率的影响,研究表明海面发射率随着海气温差的增加而增大.同时,通过引入白冠层的有效介电常数,该模式考虑了白冠层的有效粒子的气泡结构、泡沫层厚度等物理参量对海面发射率的影响.模式经Rose等人在完全泡沫情况下的实测数据验证,得到了很好的一致性结果.

原位椭圆偏振光谱研究多孔阳极氧化铝初期生长过程

根据铝阳极氧化初期不同阶段Al-H2SO4体系的界面特征建立多个光学模型,并采用有效介质近似解析了高时间分辨率的原位椭圆偏振光谱数据,详细获得铝阳极氧化初期的Al2O3-Al界面层、Al2O3阻挡层以及多孔层组成、厚度变化的动态信息.根据光学模型及计算结果,可以清楚地分辨铝阳极氧化过程中的阻挡层形成、孔洞萌生、孔洞发展以及多孔层稳定生长等4个阶段.在多孔层稳定生长阶段,阻挡层厚度及多孔层孔隙率几乎不变,而多孔层厚度随时间线性增长,其速率为5.8nm·s-1.

镍基彩色电沉积Cu_2O椭圆偏振光谱研究

应用电化学方法在Ni基底上沉积Cu2O彩色膜层以期提高装饰效果.X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)测试表明,膜层由Cu2O组成,沉积层光滑平整,且Cu2O层均匀覆盖Ni基底.椭圆偏振光谱表征不同沉积时间的膜层,提出膜层内存在由Ni逐渐变为Cu2O的过渡层,建立"空气—Cu2O层—过渡层—Ni基底"4层膜模型,并借助梯度有效介质近似解析椭圆偏振光谱,得到不同沉积时间的膜层厚度以及厚度随时间线性增长关系.

FeAg颗粒膜近红外光学性质的实验研究

研究了ＦｅＡｇ颗粒膜的光学性质发现当Ｆｅ含量较低时,其介函数谱可以近似的用Ｄｒｕｄｅ模型描述,同时电子散射弛豫能量是Ｆｅ含量的线性函数,利用该性质经定标后可以确定贵金属中的杂质含量．这种方法具有简单易行、测量速度快,无损检测等优点．实验结果还表明,在近红外区,ＦｅＡｇ颗粒膜的介电函数谱并不能用有效介质模型很好的描述．

受污染的云滴内NO_x光化通量的计算

依靠云滴的射线光学模型,针对具有吸收的耗散介质,可得到形式完整的电磁波反射系数公式,并且可求得具有几何意义的实际折射角。文中重点讨论了云滴中污染内含物及其不同的内混合方式对光化通量增强因子的影响。结果表明:云滴的存在都能增强光子的光化通量,仅当吸收系数非常大时,云滴内光化通量才会减小;无论哪一种内混合方式,受污染的云滴内光化通量增强基本上稍大于先前的估计值;光化通量增强因子一般都在1.2～1.62之间,即光化通量增加了20%～62%;吸收系数为零时,增强因子与云滴半径无关;增强因子随云滴半径和吸收系数的增大而减小。当云滴半径接近1μm时,吸收系数的影响迅速减小。

Si薄膜介电函数的椭偏光谱分析

椭圆偏振光谱法(简称椭偏法)是一种常见的薄膜光学参数测试方法,具有灵敏度高、测试精度高且对测试样品无损伤等优点。首先系统介绍了有效介质近似(EMA)理论模型的基本原理,在此基础上,采用EMA模型对制备的Si薄膜样品的椭偏光谱测试结果进行了计算机拟合。结果表明,当设定样品结构为多晶、非晶和孔隙的混合物时,计算结果与测试数据完全吻合,由此得到了样品的微观结构信息。

金属磁性颗粒构成的左手化复合材料

研究了具有色散现象的金属磁性颗粒无规地浸没在无色散基质中的复合材料有效折射率.考虑金属磁性颗粒的大小与入射波波长比较小得多时,采用有效介质近似的方法研究了金属磁性颗粒的体积分数变化,可实现系统由右手化复合材料向左手化复合材料的转变;通过理论分析和数值计算发现,对具有色散现象的金属磁性颗粒浸没在非色散现象基质中的复合材料,随着金属磁性颗粒体积分数的变化,其复合材料将由右手征材料向左手征材料渡越;且表征左手征材料的有效负折射系数ne实部的绝对值将随金属磁性颗粒体积分数f的增加而缓慢减小,左手征特性材料的频带将逐渐窄化.

MnZn铁氧体/SiO_2颗粒复合体磁导率的频率响应与温度效应

通过制备不同体积含量的MnZn铁氧体磁性颗粒与SiO2非磁绝缘颗粒组成的颗粒复合体。测量了不同频率、不同温度下复合磁介质的有效磁导率μ′与组分的关系,并运用Maxwell Garnett(MGa或MGb)、Bruggeman(Brug)、Musal(MU)等有效介质近似(EMA)对实验值进行了拟合和分析,探讨了几种理论模型在磁性颗粒复合体系中的可适性。研究表明:不同频率下各有效介质理论曲线与颗粒复合体有效磁导率μ′的拟合情况基本相同。但是MU模型中相变函数Fam的指数参量m表现为与频率f和温度T相关的函数m(f,T),并且可以得到m与频率f的关系:m(f)=m0f-α。由于MnZn铁氧体超顺磁性颗粒的存在,导致了室温和低温77K时有效介质近似理论与实验值存在明显差异。

非磁性半导体异常磁电阻效应的有效介质理论

有效介质理论自洽方程被用来研究非磁性半导体材料的异常磁电阻效应.通过建立两组分无序电导网络,同时引入组分的霍尔效应,计算了体系的有效电导张量随磁场和组分浓度的变化关系.结果表明,当两种组分具有不同类型的载流子时,体系中各组分零场电阻的差异将导致在垂直磁场和平行磁场方向上产生异常的磁电阻效应.这些宏观的磁电阻效应来源于体系中的非均匀性,并与组分的几何逾渗结构具有明显的关联.

基于Ti-MgF_(2)金属陶瓷的高效率四层光热转换薄膜的研究

理论上研究了吸收层材料的光学常数,该常数满足从紫外线到近红外波长范围的四层结构的光子-热转换的高效率。通过使用有效介质近似(EMA)模型,复合材料(金属陶瓷)的光学性能与模拟材料的光学性能非常吻合。此外,提出了使用Ti-MgF2金属陶瓷作为吸收层的具有高光子-热转换效率的四层膜结构,其在300~1600 nm的波长范围内具有约95.1%的高吸收率。研究结果为实现高效率的光热转换器件提供了新途径,显示了优良的应用前景。

Effective Dielectric Response of Composites with Graded Material

The effective dielectric response of linear composites containing graded material is investigated under an applied electric field E_0.For the cylindrical inclusion with gradient dielectric function,ει(r)=b+cr,randomly embedded in a host with dielectric constant εm,we have obtained the exact solution of local electric potential of the composite media regions,which obeys a linear constitutive relation D=εE,using hypergeometric function.In dilute limit,we have derived the effective dielectric response of the linear composite media.Furthermore,for larger volume fraction,the formulas of effective dielectric response of the graded composite media are given.

复合纳米颗粒膜的有效极化率研究

应用复合二元颗粒材料的空间平均电场〈E>、平均电位移〈D〉之间的关系及复合介质的非线性光学性质,表示出复合介质的有效介质函数ε_e=F(ε_1,ε_2,f_1).假设在线性极限下第i组份的ε_i(i=1,2)为常数时,应用微扰理论,导出了复合介质的非线性有效极化率χ_e,该结果与MG近似理论和EMA近似理论比较应用范围更广.用该理论对Cu纳米颗粒嵌入(SiO_2)基质中组成Cu-SiO_2薄膜进行相应分析,其结果与Hamanaka的实验结果相吻合.

金刚石薄膜的红外椭圆偏振光谱研究

采用红外椭圆偏振光谱对微波等离子体化学气相沉积法 (MPCVD)和热丝化学气相沉积法 (HFCVD)制备的金刚石薄膜在红外波长范围 (2 5— 1 2 5 μm )的光学参数进行了测量 .建立了不同的光学模型 ,且在模型中采用Bruggeman有效介质近似方法综合考虑了薄膜表面和界面的椭偏效应 .结果表明 ,MPCVD金刚石膜的椭偏数据在模型引入了厚度为 77 5nm的硅表面氧化层、HFCVD金刚石膜引入 879nm粗糙层之后能得到很好的拟合 .最后对两种模型下金刚石薄膜的折射率和消光系数进行了计算 。

金刚石薄膜红外椭圆偏振参量的计算与拟合

用红外椭圆偏振仪对热丝化学气相沉积法制备的金刚石薄膜的光学参量进行了测量。由于表面状态和界面特性的差异 ,分别对镜面抛光硅片和粗糙氧化铝基片上的金刚石薄膜建立了不同的模型 ,并在此基础上进行了测试结果的计算拟合。为了综合反应诸如表面粗糙度等表面界面因素对测试结果的影响 ,根据衬底特性将表面层和界面层分离出来 ,并采用Bruggeman有效介质方法对它们的影响进行了近似处理。结果表明 ,硅衬底上金刚石薄膜的椭偏数据在模型引入了厚度为 879nm的表面粗糙层之后能得到很好的拟合。而对于氧化铝衬底上的金刚石薄膜而言 ,除了在薄膜表面引入了粗糙层之外 ,还必须在衬底和金刚石界面处加入一层由体积分数为 0 641的氧化铝、体积分数为 0 2 3 3 4的金刚石和体积分数为 0 12 53的空隙组成的复合过渡层 (厚度 995nm ) ,才能使计算值与实验参量很好地吻合。