碳系材料和聚合物具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的優(yōu)良特性,聚合物質(zhì)量輕且易于加工,碳系材料中則大多數(shù)都具有高強(qiáng)度的機(jī)械性能以及優(yōu)良的電學(xué)性能。不同種類的聚合物的添加也使得復(fù)合材料呈現(xiàn)出不同特性,其中碳納米管作為填料的碳系復(fù)合材料是良好的微波吸波材料。但目前大多數(shù)關(guān)于復(fù)合材料的數(shù)值計(jì)算都是由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)來分析其相關(guān)電磁特性,由具體的色散模型公式入手計(jì)算碳系復(fù)合材料的電磁特性以及它在微波吸波材料上的應(yīng)用還很少見到。文章中首先簡(jiǎn)要敘述了碳納米管及其復(fù)合材料的各項(xiàng)特性并分類敘述了碳納米管對(duì)復(fù)合材料的特性改良。第二章則介紹了碳納米管以及碳納米管復(fù)合材料的性能結(jié)構(gòu),并給出復(fù)合材料介電特性的各項(xiàng)參數(shù)隨頻率變化曲線。第三部分分別給出了時(shí)域有限差分方法以及分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法,根據(jù)分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法推導(dǎo)了德拜模型(Debye)、洛倫茲模型(Lorentz)以及德魯模型(Drude)模型下的場(chǎng)方程及電流迭代式。然后,采用輔助差分方法(ADE-FDTD)驗(yàn)證了推導(dǎo)公式的正確性,通過計(jì)算不同厚度的碳系復(fù)合材料薄膜算例,計(jì)算分析樣品厚度對(duì)于其微波吸波性能的影響。最后計(jì)算附著在SiO2薄膜上的不同厚度的碳系復(fù)合材料薄膜的傳輸系數(shù),進(jìn)一步的分析在實(shí)際應(yīng)用情況下的復(fù)合材料電磁特性。碳納米管的特殊螺旋型結(jié)構(gòu)使得其具有手性特性,這種特性也使得其具有不同一般材料的電磁波傳播特性。本文在基于Cole-Cole色散模型的基礎(chǔ)上結(jié)合Condon本構(gòu)關(guān)系給出了手性復(fù)合材料的電磁場(chǎng)方程。然后,用ADE-FDTD方法驗(yàn)證推導(dǎo)公式的正確性,并用分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法計(jì)算得到復(fù)合材料薄膜的電磁特性參數(shù)。通過對(duì)計(jì)算得到的反射系數(shù),透射系數(shù)以及吸收系數(shù)分析復(fù)合材料的吸波特性以及隨頻率變化趨勢(shì),同時(shí)也通過計(jì)算空間中的電磁場(chǎng)觀察到復(fù)合材料的手性所帶來的圓二色性以及旋光特性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB332
文章目錄
摘要
abstract
第一章 緒論
1.1 研究背景和意義
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)
1.2.1 碳納米管國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.2 碳納米管復(fù)合材料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.3 復(fù)合材料的性能特征
1.3 時(shí)域有限差分法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.4 論文內(nèi)容安排
第二章 碳納米管及其復(fù)合材料的基本結(jié)構(gòu)和性能特征
2.1 碳納米管及其復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)性能
2.1.1 碳納米管物理結(jié)構(gòu)及其性能
2.1.2 碳納米管復(fù)合材料性能
2.2 碳納米管復(fù)合材料薄膜的等效介電系數(shù)理論
2.3 碳納米管復(fù)合材料的電學(xué)特性擬合結(jié)果
2.4 本章小結(jié)
第三章 碳納米管復(fù)合材料的電磁波傳播特性研究
3.1 時(shí)域有限差分方法介紹
3.2 時(shí)域有限差分方法基本理論
3.2.1 Yee元胞和時(shí)域有限差分方法的三維公式
3.2.2 數(shù)值穩(wěn)定性
3.2.3 數(shù)值色散
3.2.4 吸收邊界條件
3.2.5 激勵(lì)源
3.3 色散介質(zhì)模型
3.4 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法
3.4.1 Debye模型的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法
3.4.2 Lorentz模型的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法
3.4.3 Drude模型的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法
3.5 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法分析多壁碳納米管/高密度聚乙烯材料
3.5.1 Cole-Cole模型的分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法推導(dǎo)
3.5.2 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法數(shù)值計(jì)算結(jié)果
3.6 小結(jié)
第四章 手性復(fù)合材料的FDTD分析
4.1 手性材料簡(jiǎn)介
4.1.1 手性材料
4.1.2 本構(gòu)關(guān)系
4.2 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法研究手性復(fù)合材料
4.2.1 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法的公式推導(dǎo)
4.2.2 分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)方法的數(shù)值計(jì)算及分析
4.3 本章總結(jié)
第五章 總結(jié)和展望
5.1 本文工作
5.2 工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果
【參考文獻(xiàn)】
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