羰基铁粉(CIP)和炭黑是最早的雷达吸收材料(RAM)[1]和电磁兼容涂层填充剂。J. Birks [2]和E. Meyer [3]首次报道了填充CIP的复合材料的微波本构参数(介电常数ε和磁导率μ)的数据。自那时起,已发表了多项关于含有铁颗粒的复合材料微波特性的研究[4]、[5]。根据最近的出版物[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15],人们对这些复合材料的兴趣并未减弱;其中一个原因是铁颗粒的固有性质仍然未知。早期估计铁的微波磁导率的尝试基于对铁丝、铁箔、抛光板等的表面导电率(趋肤效应)的测量[16]、[17]、[18]。基于趋肤效应的磁导率计算的缺点是,块状金属的表面导电率取决于样品处理方式,可能与手册中的导电率数据有显著差异(例如,比较Ni的数据[18])。
通过处理填充有细金属粉末的复合材料的测量微波本构参数来获取金属包含体的固有磁导率μ_incl的方法并非原创[12]、[19]、[20]。常用的方法基于应用混合规则来描述复合材料的介电常数和磁导率与可渗透金属的体积分数(填充因子)p之间的关系。混合模型的发展促使人们尝试计算在由于趋肤效应(穿透深度低)而无法进行块体测量的频率范围内的金属固有磁导率。最早的研究[19]、[20]使用Maxwell Garnett模型(基体模型)和Bruggeman模型(对称模型)来从复合材料的测量磁导率μ_mix中反推出填充体磁导率μ_incl;后来应用了更复杂的有效介质理论(EMT)模型[21]。
在上述研究中,金属颗粒的导电率σ被认为等于块体导电率;因此,含有金属粉末的复合材料的微波介电常数不应随频率变化,并应等于静态介电常数。实际上,测量数据显示介电常数对频率的依赖性较弱,介电损耗低,这被认为在测量误差范围内。
以下研究的工作动机来自于微波本构参数测量技术的进步、制备含有高达约60%体积CIP的复合材料的技术的发展,以及一种新型混合模型的发表,该模型描述了金属填充复合材料的低频介电损耗[21]、[22],并表明上述忽略介电损耗的假设可能是错误的。
在Odelevskiy、Sihvola和基体-反演混合模型的假设下,处理了含有CIP的石蜡基复合材料的本构参数随频率f和填充因子p的测量依赖性。这些模型是从20多种混合公式中选出的[21]。选择标准基于它们对广泛组分性质对比范围的有效性,考虑了包含体形状因子(退极化因子)N,以及将渗透阈值pc作为自由参数。
通过参数拟合测量的复介电常数和磁导率数据来比较所选模型;最佳拟合模型用于反推出有效颗粒的形状因子N、导电率σ和复介电常数μ。这里的“有效”一词意味着即使在低填充量的复合材料中,CIP颗粒也可能聚集形成小簇。考虑了金属球中的趋肤效应,对包含体介质的固有磁导率和电导率进行了拟合。
为了说明该技术的准确性,将反推出的CIP固有磁导率的频率分散性与已发表的数据[12]进行了比较。