有效介质理论

摘要： 太赫兹时域光谱技术已经用于皮肤癌、皮肤烧伤以及皮肤疤痕治疗效果的诊断和过程监测,通常采用太赫兹时域和频域光谱参数作为区分皮肤组织不同状态的诊断参量.目前最常用的皮肤活体反射式太赫兹测量装置需将皮肤放置于介质窗上来提高测量的准确性,这使得皮肤表层水分含量因为阻塞而发生变化,从而影响太赫兹诊断皮肤的精确性.随着太赫兹生物应用从离体检测到活体测量方向发展,需要分析阻塞情况下皮肤太赫兹光谱参数的变化规律.采用太赫兹反射系统对手臂皮肤在石英介质窗上的阻塞过程进行了连续测量,然后对不同时刻时域波形的峰峰值、半波脉宽等13个特征量进行了分析.结果表明:时域信号和传递函数的峰峰值、最大值与最小值之间的拟合斜率等参量随阻塞时间而呈指数衰减;传递函数的最大值与最小值时间差、最大值与最小值的斜率等随阻塞时间呈指数增加;时域波形的半峰全宽、对数频谱等保持不变.然后用双德拜模型来模拟皮肤组织在0.2～1 T Hz频段的介电常数,采用遗传算法和Leven-berg-M arquardt相结合的优化算法得到了皮肤阻塞情况下不同时刻的双德拜参数,结果表明:ε∞和εs均随着时间呈指数上升,5 min内增幅分别达到了27.8％ 和12.5％;ε2、弛豫时间常数τ1和τ2基本保持不变.将皮肤组织视为多层媒质结构,基于Bruggeman有效介质模型,将计算得到的太赫兹反射率和测量得到的反射率作为目标函数,再采用上述混合优化算法得出了皮肤含水量随时间的变化规律.结果表明:随着阻塞时间的增加,皮肤角质层中的水分以指数函数的形式增加,5 min的阻塞时间即可增加23.8％.因此,在进行临床应用和研究时,必须谨慎考虑皮肤与介质窗接触阻塞而导致的参数变化.该研究有利于提高太赫兹活体检测的准确性和推动太赫兹时域光谱技术的临床应用.

摘要： 极化率作为材料的重要微观属性,与其呈现出的多种宏观属性等紧密相关,在新型药物及功能材料的设计中扮演着关键角色.对于微观结构存在复杂分子间作用的物质体系,获取其太赫兹波段的动态极化率具有重要意义.极化率的实验测定建立在其本征介电常数的准确测定之上,太赫兹时域光谱系统凭借其相干探测属性,可直接提供太赫兹波在穿透样品后的相位变化信息,用于精确测定样品的介电常数.当样品由待测物纯物质组成时,实验测得的介电常数可直接用于计算极化率.但对于大多数的有机晶体,其自身对太赫兹波的特征吸收以及与颗粒尺寸与波长相当造成的散射,使其纯样品的太赫兹时域光谱表征受到系统信噪比的限制,通常需要将待测物均匀分布于对太赫兹波透明且可塑性极强的聚合物载体中.聚合物载体的使用导致实验直接测定的混合物介电常数中也包含了聚合物的介电影响,无法直接用于计算待测物质的极化率.针对这一问题,将嵌于聚合物载体中的有机晶体整体等效为聚合物、空气气隙和待测样品三组份混合介质模型,结合各组份体积占比以Landau,Lifshitz and Looyenga有效介质模型从实验测得的混合物介电常数中移除聚合物和空气气隙的影响,获取待测物的太赫兹本征介电常数,从而进一步结合Clausius-Mossotti关系式计算其太赫兹极化率.选取水杨酸晶体为研究对象,利用所提出的理论方案,从聚乙烯和聚四氟乙烯两种聚合物载体三种浓度混合物的原始介电常数中,提取出了具有高度一致性的本征介电常数和太赫兹极化率,验证了方法的有效性,并利用实验结果首次报道了水杨酸晶体的太赫兹极化率,在聚乙烯和聚四氟乙烯载体中的测定值分别为(17.2±0.2)和(17.6±1.0)?3.

摘要： 原油乳状液对原油的长距离输运具有重要影响,乳状液的油、水状态及相互作用机制还需新理论和新方法获得新认识,基于有效介质理论,本文研究了原油乳状液太赫兹光谱响应特征.通过太赫兹时域光谱系统测试得到了含水率为0～28％的原油乳状液的太赫兹时域光谱,结合傅里叶变换计算了吸收系数和介电常数等光学参数,同一频率下吸收系数等光学参数随含水率增加而增大.样品的实际介电常数与Bruggeman理论计算的介电常数一致,最大误差率低于3％,说明含水率较小时,水分散在原油中,微粒间的距离较大,微粒间的相互作用力较小,随着含水率增加,水相和油相混合分布,微粒间的距离会变小,微粒的相互作用力会变大.因此,有效介质理论对乳状液的太赫兹光谱研究具有重要意义.

摘要： 基于傅里叶导热定律,两种具有不同热导率温度依赖特性的材料组合而成的两段式组合材料可以实现热整流效应.本文提出在体材料上均匀布置多孔结构,通过多孔结构孔隙率调整材料的热导率参数,进而强化热整流效应.基于有限元方法和有效介质理论、计算并分析了温差和孔隙率等参数对体材料热整流系数的影响.计算结果表明,温差较大时,孔隙率对对体材料热整流系数的影响较为明显.在热导率随温度升高而增大的材料中布置多孔结构,一般会降低系统的热整流系数;若在热导率随温度升高而减小的材料中布置多孔结构,则存在一个最佳的孔隙率,相对于无多孔结构的系统,其热整流系数可以提高2-3倍.本文研究结果为体材料热整流系数的调控提供了新的思路.

摘要： 有效介质理论在利用人工微结构材料拓展光学参数方面具有重要意义.本文对电介质光子晶体等具有非局域性质的人工微结构材料发展了一种新的赝局域有效介质理论,通过局域的有效介电常数(→ε)p(ω)、局域的有效磁导率(→μ)p(ω)、以及额外的波矢ka来描述其光学性质.研究发现,该赝局域有效介质兼具局域和非局域介质的性质,在与ka垂直的晶面上表现出局域介质的光学性质,而在与ka平行的晶面则表现出非局域介质的光学性质,如负折射、全反射等.进一步研究表明,对于所有入射角的光波在穿过拥有奇数层结构单元的赝局域有效介质时,都会出现额外的π相位差,基于此设计了一种全角度相位光栅.相对于传统的光学材料,赝局域介质具有更加丰富有趣的光学性质,有望在未来应用到更多的新型光学器件设计之中.

摘要： 储层中的裂隙会导致介质表现出各向异性.传统等效介质方法假定储层可以被等效成为横向各向同性介质,不适用于复杂裂缝储层的弹性等效建模和各向异性特征分析.本文在前人研究基础上,利用最小二乘方法开展3D复杂裂隙弹性等效数值模拟研究,并与常规等效介质理论方法进行比较,验证数值方法的精确性.数值方法不仅能有效避免Hudson理论和Eshelby-Cheng理论等解析方法在大裂隙密度条件下的参数估计误差,而且兼顾裂隙扰动作用对等效介质参数的影响.数值研究表明,数值方法能够较好地描述复杂裂缝介质的各向异性特征,为复杂裂缝储层地震波各向异性参数反演提供依据.

摘要： 第二次印度天然气水合物勘探计划(NGHP-02)于2015年在四个区域实施,分别为A区、B区、C区和E区。此次勘探期间,在印度东部近海的Krishna-Godavari(KG)和Mahanadi盆地共完成钻探和/或取心共25个研究站位。在K G盆地B区的NGHP-02-17、-19和-22站位获取了零偏移距垂直地震剖面(VSP)数据。在本研究中,我们着重关注K G盆地B区利用零偏移距VSP和井下声波测井数据评估天然气水合物沉积特征的三个站位。通过与电缆测井相关的零偏移V S P数据、地面地震和合成地震数据表征和描绘K G盆地天然气水合物成藏。在含天然气水合物单元上方的未固结浅层沉积剖面发现低速范围1500~1650 m/s,而采集到的声波测井和V S P数据则发现高速异常。在含天然气水合物沉积剖面上,NGHP-02-17站位由V S P得到的层速度在海底以下(mbsf)267~287 m的范围内由2000 m/s变化至3000 m/s»NGHP-02-19站位层速度在海底以下(mbsf)306~366m的范围内由1560 m/s变化至丨750 m/s。NGHP-02-22站位层速度在海底以下(mbsf)198~290m的范围内由1700m/s变化至丨800 m/s。三个站位分布的天然气水合物既有孔隙填充型也有裂缝填充型,然而高浓度天然气水合物则仅在孔隙填充形态中观察到。结合各向同性(孔隙填充型)和各向异性(裂缝填充型)的声波储层模型,我们估算了天然气水合物储量。预测的天然气水合物饱和度与压力取心结果吻合较好,表明高浓度天然气水合物(近85%的孔隙空间)是按照承载形态分布。

摘要： 热电材料可有效回收废热并将其转化为电能,然而转换效率受复杂耦合热电参数的限制.高效热电材料需要具有优异的电传输和良好的隔热性能.具有类金刚石结构的Cu2SnSe3是一种潜在的中温区热电材料,本研究通过在Sn位和Cu引入Ag离子,分别获得了高电传输相Cu2Sn0.93Ag0.07Se3和低热传输相Cu1.91Ag0.09SnSe3,然后通过机械混合和烧结制备了Cu2Sn0.93Ag0.07Se3和Cu1.91Ag0.09SnSe3两相复合的材料.利用两相材料的晶体结构相同和晶格常数匹配的特点,在高温段有效地协同调控了Cu2SnSe3材料的电输运和热输运性能,从而使材料的高温热电性能得到优化,用有效介质理论很好地描述了高性能的两相复合材料的电和热传输行为.

摘要： 太赫兹时域光谱技术目前逐渐应用于对岩石的研究中.在制备样品时通常需要将岩石磨碎后与粘合剂混合压片,岩石的含量、粒径等都会对测试结果造成影响.将自然界中常见的石英砂粉末(不同粒径)与聚乙烯(PE)微粒以不同的比例混合,通过压片的手段将其制成适用于太赫兹系统测试的样品,用以探究样品中石英砂的含量以及其粒径对实验结果的影响.首先研究石英砂含量对实验结果造成的影响.在保持样品中石英砂的粒径不变的情况下,发现不同石英砂含量样品的时域光谱图中,时间延迟以及峰值都呈现出非单调的变化趋势.为了探究出现这种现象的原因,对样品的折射率以及吸收系数做了进一步的分析.结果表明样品的折射率会随着样品中石英砂含量的增加而逐渐增大,通过适用于本实验的有效介质理论能够解释这一现象.样品对于太赫兹波段的吸收系数随着石英砂含量的增加呈现出先增大后减小的现象,并且在石英砂质量分数为60％时达到最大值.为了解释这一现象产生的原因,利用扫描电子显微镜对样品的微观形貌进行观察,发现随着石英砂含量的增加,在压制样品时PE颗粒破碎程度加剧,导致PE的粒径变小.根据米氏散射以及瑞利散射的原理,石英砂粒径不变而PE粒径减小,随之降低的散射强度与石英砂的吸收效应发生竞争,从而导致了吸收系数先增大后减小的现象.进一步研究了石英砂粒径对实验结果的影响,对不同粒径的石英砂样品进行测试,发现折射率不随石英砂粒径的变化而改变,但其吸收系数随着石英砂粒径的减小而逐渐减小.根据米氏散射,样品吸收系数的变化是由于散射强度随石英砂粒径的减小而逐渐减小.研究表明,样品中石英砂的含量和粒径都会对实验结果产生影响.石英砂粒径相同时,样品的吸收系数随石英砂含量的增加呈现先增大后减小的趋势,样品的折射率随石英砂含量的增加而逐渐增大;石英砂含量相同时,样品的吸收系数随石英砂粒径的减小而逐渐减小,而样品的折射率基本不变.这一结论对矿物样品的制备以及对混合物的实验结果分析有一定程度的指导意义.

摘要： 为解决目前依靠人工进行煤岩界面识别存在的问题,研究煤岩界面的自动识别技术,依据煤岩介电特性的差异,利用Bruggeman有效介质理论,建立基于煤含量检测的煤岩分界模型,并以煤岩混合介质粉末为例,进行试验验证.通过模拟煤含量实时变化的煤岩混合介质,实时地获得煤岩混合介质的相对介电常数,利用上述模型进行混合物煤含量的计算,并与阈值进行比较,判定采煤机截割状态.测试结果表明:在0.01～30MHz的检测频率内,煤岩混合介质的煤含量均能通过此方法计算得到,在0.5～30MHz内,理论煤含量与实际煤含量的相对误差较小,平均可控制在2.60％以下.该模型的计算结果均可以较准确地识别煤岩界面,为实现井下无人化开采提供一种新的煤岩识别方法.

摘要： 物体之间距离处在微/纳米尺度时,表面粗糙度对近场辐射换热会产生影响,使得物体之间的辐射换热表现出和平面之间的辐射换热不同的现象.本文利用近场辐射的解析表达式和有效介质理论相结合,讨论了粗糙表面对近场热辐射的影响.计算得到粗糙面的存在提高了表面之间的近场辐射能量传输.近场辐射传热可以通过物体的粗糙表面的合理加工进行调控.

摘要： 本文在Gong等提出的新的有效介质理论基础上,通过考虑辐射换热以及温度、压力等状态参数的影响,对该模型进行了改进,从而适用于分析多孔绝热材料的有效导热系数.硬硅钙石型硅酸钙材料被用来验证该模型的有效性,通过理论模型与试验测量值的对比,证明了该模型的适用性.研究结果表明,采用改进的新有效介质理论分析不同密度,不同温度下多孔绝热材料的有效导热系数均具有较高的精度,此时硬硅钙石型硅酸钙的km值为0.24,但采用同样的km值分析不用压力下多孔绝热材料的有效导热系数时模型预测值要偏高,说明这时的km不应采用固定值.

摘要： 采用直流反应磁控溅射法在Si(100)基片上生长了厚度分别为14.9,34.1,57.6,70.0,83.4和101.7 nm的氧化钒薄膜.利用光谱式椭偏仪,并采用基于Bruggeman有效介质理论的Lorentz经典共振模型对所制备的薄膜的膜厚、折射率、消光系数进行了模拟和测量,实验表明薄膜厚度在(10～100) nm左右时,对应于633.18 nm测试波长,薄膜的折射率在1.9～2.9,消光系数在0.1～1.

摘要： 本论文以有效介质理论为基础,通过三层模型公式模拟了吸附态CO红外谱峰随薄膜纳米结构的变化规律,对异常红外效应的本质解释做出初步的探索.研究结果对揭示金属薄膜的结构与特殊光学性能之间的内在联系和规律具有重要意义.

摘要： 本文分析了固体发动机尾喷焰内Al2O3粒子辐射特性的影响因素,利用有效介质理论研究了不同相态的Al2O3粒子掺杂不同体积的炭黑后等效光学特性常数的变化规律；以米氏理论为基础研究了不同尺寸的含炭黑Al2O3粒子吸收因子的变化情况,并考虑炭黑的掺杂方式对Al2O3粒子辐射的影响。

摘要： 采用改进过的Maxwell-Garnett模型研究了入射光波长和多孔硅的孔隙率对反射光谱和介电光谱的影响,结果表明:(1)随着入射光波长的增大,多孔硅的反射率先增大后减小,而随着孔隙率的增大反射光谱出现了明显的下榻趋势,且孔隙率越大下榻得越明显;(2)随着孔隙率的增加,多孔硅复介电光谱出现明显的蓝移现象,且多孔硅有效介电常数的实部和虚部均变小.并对这种现象给出了较为合理的解释.

摘要： 通过测定TiSiC-AlO陶瓷复合材料中电导率随导电组分体积分数变化曲线,研究了复合材料中电导的渗流特性,并用有效介质理论方程(GEM方程)对渗流曲线进行了拟合.得出了反映渗流特性的有关参量,同时对这些参量与复合材料各组分形貌之间关系进行了分析.

摘要： 一种高能例如紫外线(UV)催化分解的、包封动能介质(122)的泡沫材料(124)形成了待推进入太空的有效载荷(120)，并提供了一种超轻重量的装置用于拦截进入的导弹或其它目标(140，142)。分解的泡沫材料释放动能介质(以设定速率分解以保持所述介质对于目标而言所需的密度)，以拦截目标并摧毁它。分解泡沫材料的使用显著降低重量和成本，并提高成功摧毁目标的可能性。

摘要： 一种用于有效场极化介质空气净化器的过滤介质，包括两层介电材料，并且在低阻抗的该介电层之间夹设有高阻抗的透气网。该过滤介质还可以包括混合的纤维过滤层，该层具有来自摩擦静电等级不同侧的纤维。该过滤介质还可以包括密度相对较高的介电材料层及随后的密度相对较低的介电材料层。

摘要： 在记录介质运送器中，驱动器独立地驱动馈送组件和在记录介质运送方向上设置在馈送组件的下游的运送组件。控制器在记录介质到达运送组件之后，当第一时间段过去时，停止驱动所述馈送组件。当选择器判断出所述记录介质的厚度将所述记录介质识别为薄纸时，在控制器开始驱动所述运送组件之后，控制器不驱动馈送组件，并且当选择器判断出记录介质具有比将记录介质识别为薄纸的记录介质的厚度更大的厚度时，控制器在不迟于控制器开始驱动运送组件的时间上重新开始驱动所述馈送组件。

摘要： 在记录介质运送器中，驱动器独立地驱动馈送组件和在记录介质运送方向上设置在馈送组件的下游的运送组件。控制器在记录介质到达运送组件之后，当第一时间段过去时，停止驱动所述馈送组件。当选择器判断出所述记录介质的厚度将所述记录介质识别为薄纸时，在控制器开始驱动所述运送组件之后，控制器不驱动馈送组件，并且当选择器判断出记录介质具有比将记录介质识别为薄纸的记录介质的厚度更大的厚度时，控制器在不迟于控制器开始驱动运送组件的时间上重新开始驱动所述馈送组件。

摘要： 一种用于有效场极化介质空气净化器的过滤介质，包括两层介电材料，并且在低阻抗的该介电层之间夹设有高阻抗的透气网。该过滤介质还可以包括混合的纤维过滤层，该层具有来自摩擦静电等级不同侧的纤维。该过滤介质还可以包括密度相对较高的介电材料层及随后的密度相对较低的介电材料层。

摘要： 本发明公开了一种基于有效介质理论的消色差超透镜设计方法，首先根据聚焦所需的超表面相位轮廓分布与相位‑光程关系求出亚波长结构单元所需的高度；然后根据有效介质理论，利用填充系数不变原理将每个径向位置上的宽度相同、高度不同的结构单元转化为高度相同、宽度各异的结构单元，从而得到平面化超透镜的整体结构；最后通过聚焦离子束的方式在光学材料基底上直接切割成型。本发明通过采用在目标工作波段内具有低色散的透明材料，制备基于有效介质理论的超透镜，可在宽频范围内，实现高效率、偏振不敏感、连续消色差。本发明设计简便、构型简单，可一步成型，简化了传统光学超透镜的制备工艺，提高了消色差超透镜设计自由度并拓宽了其应用场景。

摘要： 本发明涉及的是一种利用有效介质理论评价泥岩总有机碳含量的方法，它包括：一、建立评价泥岩有机碳含量的计算模型；二、确定所述计算模型中的泥质含量、孔隙度和不导电骨架颗粒体积分数；三、根据岩心和测井数据资料，选出具有代表性的泥岩段的岩心样品，并对所述岩心样品进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和岩石热解实验；四、根据所述实验结果，确定总有机碳含量计算模型中的待定参数；五、根据二分迭代算法，求解出有机组分体积分数，结合有机组分体积分数与总有机碳含量的转化关系求得泥岩有机碳含量。本发明建立了用于可全井段评价泥岩有机质含量的方法，用于对沉积盆地烃源岩质量进行定量预测和有效的综合评价。

摘要： 本发明提出了一种基于有效介质理论的超薄彩色滤光片及制备方法，涉及光学元件技术领域，基于有效介质理论的超薄彩色滤光片由第一有损介质层、第二层有损介质层和金属反射衬底依次叠加而成；第一有损介质层和第二层有损介质层，选用两种具有不同折射率的材料，基于有效介质理论，调控两层有损介质层的厚度，得到高折射率实部、折射率虚部在0.6的理想等效折射率；本发明，通过选择合适的有损介质材料组合和改变各有损介质层的厚度，自由调控其等效后的准均匀单层薄膜的有效折射率以获得理想值，设计出色彩饱和度明显增强的超薄彩色滤光片，从而实现高性能彩色滤光片高色彩饱和度、制备简单、大尺寸、角度不敏感的目标。

摘要： 本发明公开了一种基于有效介质理论的消色差超透镜设计方法，首先根据聚焦所需的超表面相位轮廓分布与相位‑光程关系求出亚波长结构单元所需的高度；然后根据有效介质理论，利用填充系数不变原理将每个径向位置上的宽度相同、高度不同的结构单元转化为高度相同、宽度各异的结构单元，从而得到平面化超透镜的整体结构；最后通过聚焦离子束的方式在光学材料基底上直接切割成型。本发明通过采用在目标工作波段内具有低色散的透明材料，制备基于有效介质理论的超透镜，可在宽频范围内，实现高效率、偏振不敏感、连续消色差。本发明设计简便、构型简单，可一步成型，简化了传统光学超透镜的制备工艺，提高了消色差超透镜设计自由度并拓宽了其应用场景。

摘要： 本发明涉及的是一种利用有效介质理论评价泥岩总有机碳含量的方法，它包括：一、建立评价泥岩有机碳含量的计算模型；二、确定所述计算模型中的泥质含量、孔隙度和不导电骨架颗粒体积分数；三、根据岩心和测井数据资料，选出具有代表性的泥岩段的岩心样品，并对所述岩心样品进行全岩XRD衍射、孔隙度测定和岩石热解实验；四、根据所述实验结果，确定总有机碳含量计算模型中的待定参数；五、根据二分迭代算法，求解出有机组分体积分数，结合有机组分体积分数与总有机碳含量的转化关系求得泥岩有机碳含量。本发明建立了用于可全井段评价泥岩有机质含量的方法，用于对沉积盆地烃源岩质量进行定量预测和有效的综合评价。