介电谱基本理论及其在现代分析领域中的应用
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片上共面波导关键技术及其应用研究一、本文概述随着微电子技术的快速发展,片上互连技术成为了制约高性能集成电路性能进一步提升的关键因素之一。
片上共面波导(Coplanar Waveguide,CPW)作为一种重要的微波传输线结构,在微波毫米波集成电路、高速数字电路以及微波单片集成电路等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在深入探讨片上共面波导的关键技术及其在相关领域的应用研究,以期为高性能集成电路的设计和制造提供有益的参考和启示。
本文首先介绍了片上共面波导的基本结构和传输特性,包括其电磁场分布、传输损耗、色散特性等方面。
在此基础上,重点分析了片上共面波导的设计优化技术,包括介质材料选择、导体材料优化、线宽线距调整等方面,以提高其传输性能和集成度。
同时,本文还关注了片上共面波导的加工制造技术,包括光刻、刻蚀、金属化等工艺流程的优化和改进,以提高其制造精度和可靠性。
在应用研究方面,本文重点探讨了片上共面波导在微波毫米波集成电路、高速数字电路以及微波单片集成电路等领域的应用。
通过实例分析,展示了片上共面波导在提高电路性能、减小电路尺寸、降低制造成本等方面的优势。
本文还展望了片上共面波导在未来集成电路设计中的潜在应用和发展趋势,为相关领域的研究人员提供了有益的参考和借鉴。
本文旨在全面系统地探讨片上共面波导的关键技术及其应用研究,以期推动高性能集成电路技术的不断发展和创新。
二、片上共面波导的基本理论片上共面波导(Coplanar Waveguide, CPW)是一种广泛应用于微波和毫米波集成电路中的传输线结构。
其基本理论涉及电磁波在导体与介质分界面上的传播行为,以及导体结构对电磁波传输特性的影响。
CPW结构由中央导带和两侧的地带组成,所有导体均位于同一平面上,因此得名共面波导。
电磁波在CPW中的传播遵循麦克斯韦方程组,特别是在时谐场下,可以简化为亥姆霍兹方程。
通过求解该方程,可以得到电磁波在CPW 中的传播常数、相位常数、衰减常数等关键参数。
负折射率材料的基础研究随着科技的不断进步,新型材料的研究与发展日新月异。
其中,负折射率材料作为一种具有特殊光学性质的材料,引起了科研人员和工程师们的广泛。
负折射率材料在光子学、液晶显示、声学等领域具有广泛的应用前景,为现代科技的发展带来了许多新的可能性。
然而,由于负折射率材料的特殊性质,仍存在许多挑战和问题需要解决。
本文将对负折射率材料的基本原理、应用场景、制备方法及其未来发展方向进行详细阐述。
负折射率材料是一种具有特殊光学性质的材料,其介电常数和磁导率均为负值。
这种材料的发现与研究,突破了传统光学理论的限制,为光学领域的发展带来了新的机遇。
实验研究和理论分析表明,负折射率材料的电磁波传播特性与常规材料截然不同。
在负折射率材料中,电磁波的传播速度会降低,且传播方向会发生反转。
这种奇特的现象,使得负折射率材料在光子学、声学等领域具有广泛的应用前景。
光子学应用在光子学领域,负折射率材料的应用具有重要意义。
由于该材料中电磁波传播特性的改变,使得光的传播行为发生变化。
例如,利用负折射率材料制造的透镜,可以实现常规透镜无法完成的成像效果,为光子学的发展带来了新的突破。
负折射率材料还可以应用于光子晶体、光子集成电路等领域,提高光子设备的性能和集成度。
液晶显示是一种广泛使用的显示技术,具有低功耗、重量轻、体积小等优点。
将负折射率材料应用于液晶显示中,可以显著提高显示效果。
利用负折射率材料的逆斯涅尔效应,可以实现图像的清晰度和对比度的提高,同时降低反射光的影响,提高液晶显示的视觉效果。
正文3:负折射率材料的制备方法、工艺和生产流程负折射率材料的制备方法主要有纳米制备技术、化学合成和生物制备等。
纳米制备技术包括纳米颗粒制备、纳米纤维制备等,通过控制纳米结构的尺寸和分布,可以得到具有负折射率的纳米材料。
化学合成是通过化学反应合成具有负折射率性质的材料,例如金属有机框架材料等。
生物制备则是利用生物分子的自组装和生物矿化等方法,制备具有特定光学性质的生物复合材料。
压电材料的研究和应用现状一、本文概述压电材料是一类具有独特物理性质的材料,它们能在机械应力作用下产生电荷,或者在电场作用下发生形变。
这一特性使得压电材料在众多领域,如传感器、执行器、能量转换和收集等方面具有广泛的应用前景。
本文旨在全面概述压电材料的研究和应用现状,分析其在不同领域中的优势和局限性,并探讨未来可能的发展方向。
我们将回顾压电材料的基本理论和性质,包括压电效应的起源、压电常数等关键参数的定义和测量方法。
然后,我们将重点关注压电材料的主要类型,如压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物等,介绍它们的制备工艺、性能特点以及适用场景。
接着,我们将深入探讨压电材料在传感器和执行器领域的应用。
在这一部分,我们将分析压电材料如何被用于制作压力传感器、加速度计、振动能量收集器等设备,并讨论其在实际应用中的优势和挑战。
我们还将关注压电材料在能源领域的应用,如压电发电和压电储能等。
我们将展望压电材料的未来发展趋势。
在这一部分,我们将讨论新型压电材料的开发、性能优化以及新应用场景的拓展等问题,并探讨压电材料在未来可能带来的技术革新和产业变革。
通过本文的阐述,我们希望能为读者提供一个全面而深入的压电材料研究和应用现状的概览,为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
二、压电材料的分类压电材料,作为一种具有压电效应的特殊材料,可以根据其组成和性质进行多种分类。
最常见的分类方式是根据材料的晶体结构和化学成分,将压电材料分为压电晶体、压电陶瓷和压电聚合物三大类。
压电晶体:压电晶体是最早发现具有压电效应的材料,如石英晶体。
这类材料具有良好的压电性能和稳定性,因此在高精度测量、振荡器、滤波器等领域有广泛应用。
然而,由于晶体材料的加工难度大,成本高,限制了其在一些领域的应用。
压电陶瓷:压电陶瓷是通过一定的陶瓷工艺制备而成的压电材料,如铅锆钛酸盐(PZT)等。
这类材料具有较高的压电常数和介电常数,易于加工成各种形状,因此在传感器、执行器、换能器等领域得到了广泛应用。
热脱附-质子转移反应-质谱-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容旨在介绍热脱附、质子转移反应和质谱的基本概念和研究背景。
以下是对概述部分的内容编写:1.1 概述热脱附、质子转移反应和质谱是现代分析科学领域中重要的研究方向。
这些技术广泛应用于化学、物理、材料科学等多个领域,为我们研究和解决实际问题提供了有力的手段。
热脱附是指在高温下,将吸附在固体表面上的分子或原子从固体表面解离脱附出来的过程。
热脱附技术通过研究物质表面上的吸附状态和动力学行为,可以了解材料的性质、表面结构以及吸附与反应过程等方面的信息。
热脱附的研究主要集中在催化剂研究、气体吸附、储氢材料等领域。
质子转移反应是指质子在分子或原子之间转移的化学反应过程。
质子转移反应在生物化学、环境科学、有机合成等多个领域中起着重要的作用,对于理解和探究各种化学反应和自然界中的基本过程具有重要意义。
质子转移反应的研究包括反应机理、动力学行为以及应用开发等方面。
质谱是一种通过将化学物质转化为离子,并利用离子质量和荷质比的比例关系进行分析的仪器。
质谱在化学物质分析和结构鉴定中发挥着重要作用。
通过测量样品中离子的质量和相对丰度,我们可以准确地确定化合物的分子结构、分子量以及其它结构相关信息。
质谱技术在热脱附和质子转移反应研究中被广泛应用,为我们了解和分析这些过程提供了重要手段。
本文将对热脱附、质子转移反应和质谱进行详细介绍和探讨。
我们将从其基本原理、实验方法以及应用领域等方面对这些技术进行全面的概述。
同时,我们也将对热脱附和质子转移反应与质谱之间的关系进行分析,探讨其在实际应用中的意义和前景展望。
通过对这些技术的深入了解和研究,我们可以更好地应用它们来推动科学研究和实际问题的解决。
1.2文章结构文章结构部分是为了帮助读者更好地理解文章的内容和组织架构。
通过清晰地介绍文章的结构,读者可以预先了解每个章节及其子章节的内容和重点。
在本文中,文章的结构如下:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 热脱附2.1.1 定义与原理2.1.2 应用领域2.1.3 实验方法与技术2.2 质子转移反应2.2.1 质子转移反应的概念2.2.2 反应机理与动力学2.2.3 实验观测与应用2.3 质谱2.3.1 质谱的基本原理2.3.2 质谱仪器与操作2.3.3 质谱在热脱附和质子转移反应中的应用3. 结论3.1 总结研究内容3.2 对热脱附、质子转移反应和质谱的意义和前景展望以上是文章的主要结构,通过将文章分为引言、正文和结论三个部分,并在每个部分中给出子章节的详细介绍,读者可以更好地理解和阅读文章。
x4基石介子质子脉冲理论说明以及概述1. 引言1.1 概述在现代科学研究的领域中,人们一直在努力探索更深入的理解和应用于各个领域的新型物质和技术。
其中,x4基石介子质子脉冲作为一种新颖且具有潜力的研究对象引起了广泛的关注。
x4基石介子质子脉冲是一种由介质中特殊性质的粒子组成的脉冲信号,其在能量分布、时间演化和空间分布等方面具有独特而重要的特性。
本文旨在通过对x4基石介子质子脉冲进行理论说明和全面概述,揭示其物理原理、模型以及实验观测与预测结果之间的对比。
此外,将进一步分析该脉冲信号在不同领域中的应用前景,并讨论其潜在价值。
1.2 文章结构本文共包括五个主要部分:引言、x4基石介子质子脉冲的理论说明、x4基石介子质子脉冲的特性分析、x4基石介子质子脉冲在科学研究中的应用前景以及结论。
每个部分将详细介绍相关内容,并呈现相关研究领域的最新进展和发现。
1.3 目的本文的目标是全面了解和描述x4基石介子质子脉冲的性质、特点以及其在科学研究中的潜力应用。
通过对该信号的理论分析和实验观测结果对比,我们将尝试揭示该脉冲信号在量子物理、材料科学与能源以及生命科学和医药领域中可能出现的应用前景。
此外,还将总结文章中得出的主要发现,并提出未解决问题和进一步研究方向,为读者提供深入探索该领域的思路和指导。
通过本文的阅读,读者将对x4基石介子质子脉冲有一个全面、系统而深入的了解,同时也能够认识到这一新兴领域所带来的重大影响与机遇。
2. x4基石介子质子脉冲的理论说明:2.1 基本原理:x4基石介子质子脉冲是一种特殊的物理现象,在核物理和高能物理领域引起了广泛关注。
它涉及到介子和质子之间的相互作用以及它们在空间和时间上的运动。
介子是一种具有较轻质量的粒子,其质量通常小于质子。
质子则是构成原子核的基本粒子之一,具有正电荷。
x4基石介子质子脉冲指的是当两者发生相互作用时,形成一种脉冲状的能量传递现象。
2.2 理论模型:为了解释x4基石介子质子脉冲现象,科学家提出了多种理论模型。
X射线衍射技术在地学中的应用长安大学摘要:X射线衍射技术是现代分析测试物质组成和结构的基础手段之一,多种学科中都广泛应用,在地质学领域中的应用同样占重要地位。
本文综述了X射线衍射技术在岩石学、矿物学、矿床学、煤田、石油天然气、构造地质、地质灾害、宝石学以及与地质学相关的学科研究中的应用。
作为一种高效、准确、无损样品的测试分析手段X射线衍射技术在地质学中的应用领域将会不断扩展,发挥越来越重要的作用。
关键词:X射线衍射地质学应用引言1895年,德国维尔茨堡大学校长兼物理研究所所长伦琴教授在研究阴极射线时意外发现X射线[1];1912年德国物理学家劳厄(von Laue M)发现了X射线通过晶体时产生衍射现象[2],证明了X射线的波动性和晶体内部结构的周期性,并获得了劳厄晶体衍射公式;随后,小布拉格(Bragg WL)推导出著名的布拉格方程。
此后100余年间,作为19世纪末20世纪初物理学的三大发现之一,X射线的新理论和新应用不断产生,飞速发展。
劳厄的衍射理论与实验证明了X射线具有波动特性,是波长为几十到几百皮米的电磁波,并具有衍射的能力[3,4]。
在基础理论和科学技术的支持下,X射线衍射技术在物质定性和物相组成等方面的探测已经成为现代分析测试技术的基础组成部分,在材料、药物、金属、生物等领域的科学研究中均占有重要地位。
同样,X射线衍射在地质学领域中的应用也十分普遍。
1.基本原理和分析方法简介X射线是一种电磁辐射,波长(0.01—100埃,常用的为0.5—2.5埃)与物质晶体的原子间距(1埃)数量级相同。
利用晶体作为X射线的天然衍射光栅,当X射线入射时晶体原子的核外电子产生相干波彼此发生干涉,当发生波的加强就称之为衍射[5]。
晶体结构决定了X射线的衍射方向,通过测定衍射方向可以得到晶体的点阵结构、晶胞大小和形状等信息。
地质学中的X射线衍射分析就是通过这个原理确定样品物质的组成和结构等(图1)。
图1 X射线衍射分析工作原理图一般的X射线衍射分析方法有:a.劳厄法:连续X射线照射固定的单晶体,用照相底片记录衍射斑点;b.转晶法:单色X射线照射转动的单晶体,用照相底片记录平行分布的衍射斑点;c.粉末法:准直的单色X射线照射多晶粉末样品,圆筒状底片记录衍射斑点;d.衍射仪法:用各种辐射探测器和辐射测量控制电路记录衍射信号。
电气绝缘基础知识电气绝缘是指在高电压、高电流和强磁场环境中,能够保持电路之间的绝缘状态,保证电路中电子设备的正常运行。
电气绝缘是现代电子工程和电力系统中不可或缺的基本要求。
一、电气绝缘的原理电气绝缘的原理主要基于两个因素:电导率和介电常数。
电导率是指材料传导电流的性能,而介电常数则表示材料在电场中的极化能力。
电气绝缘材料通常具有较高的电导率和介电常数,能够有效地阻挡电流的通过,从而保持电路之间的绝缘状态。
二、电气绝缘材料的选择在选择电气绝缘材料时,需要考虑其电气性能、机械性能、耐候性和环境适应性等方面。
常用的电气绝缘材料包括:塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。
不同的材料具有不同的特点和应用场景,需要根据具体需求进行选择。
三、电气绝缘的测试为了保证电气绝缘的性能和质量,需要进行一系列的测试。
其中包括:耐电压测试、绝缘电阻测试、介质损耗测试等。
耐电压测试是为了检验电气绝缘材料在高压电场中的绝缘性能;绝缘电阻测试是为了检测材料的电阻值和绝缘性能;介质损耗测试则是为了评估材料的损耗因子和绝缘性能的稳定性。
四、电气绝缘的重要性电气绝缘是保证电力系统安全运行的重要因素之一。
如果电气绝缘失效,会导致电路短路、设备损坏甚至人员伤亡等严重后果。
因此,加强电气绝缘的维护和管理,是保障电力系统和电子设备安全运行的重要措施。
电气绝缘是电力系统和电子设备正常运行的基础,需要充分了解其原理、材料选择、测试方法和重要性等方面。
只有做好电气绝缘的维护和管理,才能确保电力系统和电子设备的安全稳定运行。
一、电气CAD概述电气CAD,全称电气计算机辅助设计,是计算机技术应用于电气工程领域的一种新型设计方法。
它使得电气工程师能够更高效地进行设计、模拟和分析,极大地提高了设计效率和质量。
二、电气图的基本组成电气图主要由以下几个基本元素构成:1、图纸:电气图的基础,通常由一张或若干张图纸组成,用来表示各种电气元件、设备以及它们之间的连接关系。
2、元件:包括各种电气元件,如电阻、电容、电感、开关、电机等。
丙烯腈的电阻率概述及解释说明1. 引言1.1 概述丙烯腈是一种重要的工业原料,广泛应用于化工、纺织、电子等领域。
其电阻率作为一个重要的物性指标,在材料工程中具有重要意义。
本文旨在对丙烯腈的电阻率进行概述和解释说明,探讨其基本原理、测量与分析方法以及在材料工程中的应用。
1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分:引言、丙烯腈电阻率的基本原理、测量与分析方法、应用领域与相关研究进展、结论。
其中,引言部分将对文章的背景和目的进行介绍,为后续内容做铺垫;基本原理部分将介绍丙烯腈性质和电阻率的定义;测量与分析方法部分将探讨传统测量方法和现代技术,并解读数据处理与结果;应用领域与相关研究进展部分将涵盖丙烯腈电阻率在材料工程中的实际应用以及近年来相关研究成果;最后,结论部分将总结主要观点和结论,并提出未来研究的建议。
1.3 目的本文旨在全面概述丙烯腈的电阻率,深入解释其基本原理和影响因素。
通过介绍传统测量方法和现代技术,以及实际应用和相关研究进展,将探讨丙烯腈电阻率的当前状态和未来发展方向。
此外,本文还将指出研究中存在的限制和不足之处,并提出对未来研究的建议,以促进丙烯腈电阻率研究领域的发展。
2. 丙烯腈电阻率的基本原理:2.1 丙烯腈的性质简介:丙烯腈,化学式为C3H3N,是一种无色液体,在工业上常作为合成纤维聚丙烯腈的原料。
它具有很高的电阻率,是一种优良的绝缘材料。
此外,丙烯腈还具有耐高温、抗化学侵蚀等特点,在许多工业领域有广泛应用。
2.2 电阻率的定义和意义:电阻率是指物质在单位长度和单位横截面积内产生电阻时所具有的特定属性。
它反映了物质对电流通过程中的阻碍程度,也可以理解为物质导电性能(或绝缘性能)强弱的量化指标。
在研究和应用中,我们常常通过测量丙烯腈材料的电阻率来评估其导电行为和绝缘性能。
2.3 影响丙烯腈电阻率的因素:丙烯腈材料的电阻率受以下几个因素影响:首先,温度是影响电阻率的重要因素之一。
通常情况下,随着温度的升高,丙烯腈材料的电阻率会降低,导电能力增加。
物理(中职)全套教学课件pptx目录•绪论•力学•热学•电磁学•光学•原子物理与核物理01绪论物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。
物理学的研究对象包括从宏观到微观的各个物质层次,从实物粒子到场,从基本粒子到宇宙大尺度结构。
物理学的研究领域涵盖了力学、热学、电磁学、光学、原子物理等各个方面。
物理学的定义与研究对象观察和实验数学方法假说和理论物理学的研究方法物理学是一门实验科学,观察和实验是获取物理知识的基本方法。
数学是物理学的语言和工具,通过数学方法可以描述物理现象、建立物理模型和推导物理规律。
在观察和实验的基础上,物理学家提出假说和理论来解释物理现象和预测新的物理效应。
物理学的发展历程与成就古代物理学古代人们对物质和运动的认识主要基于直观观察和哲学思考,如古希腊的自然哲学和阿拉伯的光学。
经典物理学17世纪末至19世纪初,牛顿力学、热力学和电磁学的建立标志着经典物理学的形成,揭示了宏观物质的基本运动规律。
现代物理学20世纪初至今,相对论和量子力学的建立开启了现代物理学的新篇章,揭示了微观物质的基本结构和相互作用规律。
同时,物理学在凝聚态物理、天体物理、粒子物理等领域取得了重要进展。
02力学运动的描述质点、参考系和坐标系了解质点的概念,掌握参考系和坐标系的选择方法。
时间和位移理解时间间隔和时刻的区别,掌握位移的概念和计算方法。
运动快慢的描述——速度理解速度的定义和物理意义,掌握平均速度和瞬时速度的计算方法。
理解匀变速直线运动的概念,掌握速度与时间的关系式。
匀变速直线运动的速度与时间的关系理解位移的概念,掌握匀变速直线运动位移与时间的关系式。
匀变速直线运动的位移与时间的关系了解自由落体运动的概念和条件,掌握自由落体运动的规律。
自由落体运动了解伽利略对自由落体运动的研究方法和结论。
伽利略对自由落体运动的研究匀变速直线运动的研究理解牛顿第一定律的内容和物理意义,了解惯性概念。
介电谱的基本理论及其在现代分析领域中的应用摘要用介电谱方法讨论化学中的非均匀体系是近十几年发展起来的交叉性新领域,它在分散体系、高分子膜以及生物细胞体系的研究中占有重要地位。
本文从理论和应用两方面综述该领域的发展过程及研究现状,并结合实例阐述了构造和介电弛豫模式的关系以及该方法的特点。
在对遗留问题和最新进展给予评述性讨论的同时,指出了进一步的研究方向。
关键词非均匀体系介电弛豫乳状液生物细胞高分子膜Abstract Dielectric spectroscopy method(DSM) for studying chemistry systems with heterogeneous structure is an interdisciplinary area developed in recent 10 years . The method is very important in the studies for disperse systems, membranes and biological cells systems. This paper reviews the history and current research on the DSM for heterogeneous systems in both theoretical and practical aspects. In presenting the features of the method, the emphases are laid on the relation between the structures of heterogeneous systems and relaxation patterns with examples illustrated. The problems remained and recent progress are introduced, and some research aspects for further work are proposed.Keywords heterogeneous systems; dielectric relaxation; emulsion; biological cells; polymer membranes目录:1 前言2 介电谱简介2.1 基本原理2.2 介电驰豫谱2.3 研究体系2.4 介电解析过程2.5 介电谱方法特点3 各类型非均匀体系解析实例3.1 球状粒子分散系3.2 球壳状粒子悬浊系3.2.1 微胶囊3.2.2 脂质囊泡3.2.3 细胞悬浮液3.3 具有平面层状结构的体系4 在现代分析领域中的具体应用4.1 介电谱对药物体系的应用4.2 介电谱对细胞的应用4.3 介电谱在农产品和食品领域的应用5 发展展望和有待研究的问题参考文献1 前言胶体分散体系、液体中的膜、复合材料和生物膜是非均匀体系,由组成成分以多种方式聚集起来的它们具有不同的功能和结构。
非均匀体系的描述需要实时和非侵入的测量手段。
以频率为函数变量测量介电常数和传导率的介电光谱学,其非侵入性的方式很好地匹配这个目的并且可以提供在分子和肉眼可见水平的对非均匀体系的结构和电学性质的洞察。
材料在交流电扫描场中由许多极化机制所极化,并且,作为极化量度标准的它们的介电常数显示出对频率的依存性,即介电弛豫或介电扩散。
由于非均匀体系具有界面(在这儿材料的不同电性质相互接触),特征极化是由于在界面上电荷的积聚产生的界面极化。
对由于界面极化引起的介电弛豫应用适当的理论则可以提供非均匀体系的结构和组成成分的电学性质。
介电弛豫的界面极化理论正在不断发展,它们的有效性正被各种非均匀体系所检测。
理论研究仍然在继续以便探索有着更现实的模型的更可靠的理论.本文介绍这一领域的研究特色、研究现状以及应用前景。
2 介电谱简介2.1 基本原理介电谱是物质或体系的介电常数及电导率随电场频率的变化,本质上是物质在电场作用下产生电极化(介电驰豫),通过解析谱图,研究体系的驰豫过程并推定其内部构造。
是一种利用电磁波对物质进行内部“透视”的方法。
图 1给出由于各种极化引起介电弛豫的模式图,它有助于了解在各个频率范围介电谱所能提供的信息。
2.2 介电驰豫谱介电弛豫谱在跨宽频率范围内测量复相对介电常数*ε,定义为'ε是*ε的实部,''ε是'ε的虚部,ε是相对介电常数(ε='ε),κ是电导率,0ε是真空介电常数,ω是角频率(f πω2=,f 是频率),()2/11-=j 。
材料的ε和κ(虽然不一定)显示出介电弛豫:ε随频率的增加而减少并且κ随频率的增加而增加:单一的介电弛豫由一系列参数(称为介电参数)来确定:l ε和h ε分别是低频极限相对介电常数和高频极限相对介电常数,()h l εεε-=∆是介电强度(或介电级数), 0f 特征频率,()()102-=f πττ是弛豫时间,l κ是低频极限电导率。
用损失因数''ε(0''/ωεκε=)代替电导率κ也可以对频率作图,在特征频率0f 处出现一个峰值:如果直流电导率不可以忽略,则损失因数为()0''/ωεκκεl -=。
复平面图(或Cole-Cole 图)也用来分析介电弛豫。
在复平面中,损失因数''ε对相对介电常数ε(或'ε)作图,如果只有一个介电弛豫也就是Debye 型弛豫则图线显示一个半圆。
但是,复平面图常常偏离一个半圆,这就显示了弛豫时间的分布。
偏离可以由各种经验等式来阐明,提出这些经验式的人及其公式和复平面图有:Debye (半圆弧规则)ωτεεεj h +∆+=1*;()2'1ωτεεε+∆+=h ;()2''1ωτεωτε+∆=。
Cole-Cole (圆形弧规则)()αωτεεε-+∆+=1*1j h (0<α<1);()()()[]{}()(){}()()αααωταπωταπωτεεε---+-+-+∆+=1211'2/1cos 212/1cos 1h()()(){}()(){}()()αααωταπωταπωτεεε---+-+-∆+=1211''2/1cos 212/1sin hDavidson-Cole (歪斜弧规则)()βωτεεεj h +∆+=1* (0<β<1)()θβθεεεβcos cos '∆+=h ; ()θβθεεβcos sin "∆=; ()ωτθ1tan -=Havriliak-Negami ()()[]βαωτεεε-+∆+=1*1j h (0<α<1,0<β<1)()βθεεεβcos 2/'∆+=-r h ; ()βθεεβsin 2/"∆=-r ;()()()[]()()()[]21212/cos 2/sin 1απωταπωταα--++=r()()()()()()()2/sin 12/cos tan 111απωταπωτωτθαα---+=等(从A 到D 显然是对半圆的逐渐偏离)。
以上等式不仅经常用来方便地对各种材料的介电弛豫进行分类,而且还可以用来从介电弛豫数据中提取介电参数。
但是,与弛豫时间的分布有关的参数的物理(或分子)意义是肯定有待商榷的。
更进一步,必须意识到关于多参数的不同等式有时可以与相同数据拟合。
2.3 研究体系具有固有偶极子的或具有相界面的非均匀体系。
大致包括:分子固有偶极子的取向极化:极性气体或液体,生物大分子或高分子等。
非均匀体系的界面极化:胶体分散系,生物细胞悬浮液,微乳、胶束、囊泡等表面活性剂有序组合体,高分子膜等。
带荷电的胶体粒子、生物细胞以及生物大分子表面的对离子的运动或其它离子迁移引起的弛豫。
2.4 介电解析过程介电谱的基本思想是先对某体系进行介电测量, 再通过适当的物理模型, 建立体系的各组成相的相参数和从介电弛豫谱中得到的介电参数之间的定量关系, 进行数学解析, 获得反映体系构造和电性质的信息。
其解析模式可用图2表示:2.5 介电谱方法特点测量的频率宽 介电谱可以涵盖大概10-4~1012Hz 约16个数量级的极宽的频率范围。
非入侵(破坏)测量 测量不破坏体系的结构和状态,可实时监测物质的内部信息,如物质吸附释放、分子的聚集、化学反应或形态变化以及生物细胞培养等动态过程的信息。
测量迅速 可在数秒或数十秒内完成大约8个数量级频率的超过100个频率点的测量。
测量对象限制小 对样品的体积和形状几乎没有限制,可测量光学上难以测定的浑浊样品或有色样品。
3 各类型非均匀体系解析实例本文列举了对各种类型的实际非均匀体系的介电测量结果, 它概括了介电谱方法的研究现状。
结合实例对体系的构造与介电弛豫的关系进行讨论, 进而对该研究手段有一个更直观、清晰和具体的了解。
3.1 球状粒子分散系Maxwell /Wagner 的界面极化机理最早讨论的是如图3所示的将一种微粒分散于纯物质连续相的情况, 即所谓球状粒子分散系介电行为的理论研究。
Wagner 从解一个球形粒子在电磁场作用下的电磁方程入手, 通过对N 个粒子群体行为的积分求解稀薄球状粒子的等价介电常数和电导率[1]。
Hanai 在Wagner 公式基础上, 采用微小过程的积分法从理论上建立了浓厚球状体系的介电公式[2], 并成功地解释了如O /W 及W ∕O 型乳状液[3-4] 、离子交换树脂以及胶乳等大量典型体系的介电行为。
图3油包水乳状液的情况是小水滴分散在油里(W/O ),我们可以假设油相的电导率远小于小水滴的电导率。
关注球形小滴的悬浮液,则从Hanai 公式可以得到下列近似公式:用这些公式我们可以从介电弛豫参数(l ε、h ε、l κ和h κ)决定水小滴的体积分数Φ、油相的电导率a κ 、相对介电常数p ε和水小滴的电导率。
下图显示了典型的W/O 乳状液的介电弛豫[5] 。
所用W/O 乳状液由混合蒸馏水于含有0.4%(v/v )跨到80的作为乳化剂的油(煤油与四氯化碳体积比为73/28的混合物)中,(实线是Hanai 混合方程的拟合,虚线是Wagner 混合方程的拟合。
)从等式得到的水小滴的体积分数(Φ=0.75)与制备的乳状液的水的比例一致。
a κ 和p ε的值与测量后从油相离心过滤分离出的水相的电导率和相对介电常数很好地一致。
介电弛豫的复平面图是一个变形的圆形弧,极好地由Hanai 混合方程进行了模拟。
(实线是Hanai 混合方程的拟合,虚线是Wagner 混合方程的拟合。
)3.2 球壳状粒子悬浊系无论从理论方法的发展本身或为解释更多的实际体系, 具有球壳型构造的非均匀体系都是相当重要的。