矿物材料对电磁波的吸收特性及其应用
矿物功能材料
矿物功能材料随着人类文明的不断发展，材料科学与技术也逐渐成为了人类社会发展的重要领域。
在这个领域中，矿物功能材料作为一种新型材料，正在受到越来越多的关注。
矿物功能材料是一种由矿物质和其他材料组成的材料，具有多种功能，如吸附、催化、光催化、光电、超导等。
本文将从矿物功能材料的定义、分类、制备、应用等方面进行探讨。
一、矿物功能材料的定义矿物功能材料是由矿物质和其他材料组成的具有特定功能的新型材料。
它的主要特点是具有多种功能，如吸附、催化、光催化、光电、超导等。
矿物功能材料的制备过程中，需要对矿物质进行改性，使其具有更好的性能和更广泛的应用。
二、矿物功能材料的分类矿物功能材料可以根据其功能进行分类。
按照功能分类，主要有吸附材料、催化材料、光催化材料、光电材料、超导材料等。
1、吸附材料吸附材料是一种能够吸附和去除有害物质的材料。
吸附材料广泛应用于水处理、废气处理、环保等领域。
常见的吸附材料有活性炭、分子筛等。
2、催化材料催化材料是一种能够促进反应速率的材料。
催化材料广泛应用于化学反应、制药、石化等领域。
常见的催化材料有金属催化剂、酶催化剂等。
3、光催化材料光催化材料是一种能够利用光能促进反应的材料。
光催化材料广泛应用于环境治理、新能源等领域。
常见的光催化材料有二氧化钛、半导体材料等。
4、光电材料光电材料是一种能够将光能转化为电能的材料。
光电材料广泛应用于光伏发电、光电显示等领域。
常见的光电材料有硅、铜铟镓硒等。
5、超导材料超导材料是一种能够在低温下产生超导现象的材料。
超导材料广泛应用于磁共振成像、磁悬浮列车等领域。
常见的超导材料有铜氧化物、铁基超导材料等。
三、矿物功能材料的制备矿物功能材料的制备过程中，需要对矿物质进行改性，使其具有更好的性能和更广泛的应用。
常见的矿物功能材料制备方法有物理方法、化学方法和生物方法。
1、物理方法物理方法是通过改变矿物质的物理性质来制备功能材料。
常见的物理方法有热处理、机械合成、溶剂热法等。
矿石的晶体学和晶体电磁特性
晶体生长机理：晶体生长过 程中，原子、分子或离子的
排列和结合方式
晶体变化机理：晶体在环境变 化下，原子、分子或离子的排 列和结合方式发生变化的机理
晶体学在矿石研究中的应用
矿石的晶体结构： 通过晶体学研究， 可以了解矿石的 晶体结构，从而 确定矿石的种类 和性质。
边界元法：通过边界元法求解矿石晶 体的电磁场问题
数值计算方法：利用数值计算方法求 解矿石晶体的电磁场问题
数值模拟与计算方法的应用：在矿石 晶体学和电磁特性研究中的应用
数据分析与处理
数据采集：通过实验 或模拟获取矿石晶体 学和电磁特性的数据
数据预处理：对数据 进行清洗、标准化、
归一化等处理
数据分析：采用统计 分析、机器学习等方
方法
06 未来展望与研究方向
新型矿石材料的研究与应用
01
研究目标：开发新型矿石材料，提 高其性能和应用范围
研究方向：晶体学、电磁特性、材 料合成、加工工艺等
02
03
应用领域：电子、通信、能源、环 保、医疗等
研究方法：实验研究、理论分析、 数值模拟等
04
05
研究挑战：材料性能优化、成本控 制、环保问题等
度等因素有关
介电强度：矿石 的介电强度与其 成分、结构、温
度等因素有关
介电温度系数： 矿石的介电温度 系数与其成分、 结构、温度等因
素有关
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矿石的导电性质
01
矿石的导电性：矿 石的导电性是指矿 石在电场作用下的 导电能力，通常用
电阻率来表示。
02
影响因素：矿石的 导电性受多种因素 影响，包括矿石的 化学成分、结构、
铝硅酸盐矿物材料
铝硅酸盐矿物材料铝硅酸盐矿物材料是一种重要的无机材料，具有广泛的应用领域。
本文将介绍铝硅酸盐矿物材料的种类、特性以及应用，并探讨其在建筑、陶瓷、玻璃等领域中的重要性。
一、铝硅酸盐矿物材料的种类铝硅酸盐矿物材料可以分为多种类型，其中最常见的是石英、长石和云母。
石英是一种硬度非常高的矿石，具有良好的热稳定性和化学稳定性，广泛用于制作玻璃和陶瓷材料。
长石是一种主要由长石矿物组成的岩石，具有优良的导热性和导电性能，常用于制作陶瓷和珐琅材料。
云母是一种结晶状的铝硅酸盐矿物，具有很好的隔热性能，被广泛应用于建筑材料和电子领域。
二、铝硅酸盐矿物材料的特性铝硅酸盐矿物材料具有独特的物理和化学特性，使其在多个领域中得到广泛应用。
首先，铝硅酸盐矿物材料具有良好的导热性和导电性能，可以有效地应对高温和电磁波等环境。
其次，铝硅酸盐矿物材料具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性能，可以在酸碱环境下保持其原有的性能。
此外，铝硅酸盐矿物材料还具有较低的热膨胀系数和良好的机械强度，使其在建筑和工程领域中具有重要作用。
三、铝硅酸盐矿物材料的应用1. 建筑领域：铝硅酸盐矿物材料在建筑领域中具有广泛的应用。
例如，石英常用于制作玻璃窗、玻璃墙和隔音窗，具有良好的透光性和隔音效果。
长石则常用于制作建筑陶瓷砖和装饰材料，具有优良的机械强度和耐磨性。
此外，云母可以用于制作隔热材料和防火材料，有效提高建筑物的节能性能和安全性能。
2. 陶瓷领域：铝硅酸盐矿物材料在陶瓷领域中发挥着重要作用。
陶瓷制品通常需要具有良好的耐磨性、耐高温性和化学稳定性，而铝硅酸盐矿物材料正是满足这些要求的理想选择。
如石英和长石可以用于制作陶瓷餐具、瓷砖、陶瓷花瓶等。
这些陶瓷制品不仅具有精美的外观，还具有优良的耐用性和卫生性能。
3. 玻璃领域：铝硅酸盐矿物材料在玻璃工业中也具有重要地位。
石英是制作玻璃的重要原材料，具有较低的熔点和良好的透明性，可以制造出优质的玻璃产品。
此外，铝硅酸盐矿物材料还可以用于制作玻璃纤维，用于制造绝缘材料、光纤等。
广域电磁法在金属矿山深部找矿中的应用
77矿产资源M ineral resources广域电磁法在金属矿山深部找矿中的应用谢宇飞甘肃省地质调查院，甘肃 兰州 ７３００００摘 要：广域电磁法（ＷＥＭ）作为一种先进的地球物理勘探技术，已经在金属矿山深部找矿中显示出其显著的潜力和应用价值。
ＷＥＭ利用电磁波探测地下结构，尤其擅长于识别和定位高电导率的金属矿物。
在深部矿物勘探领域，ＷＥＭ不仅提供了一种穿透深层地壳的手段，还能够在复杂的地质环境中实现精确探测。
本文将探讨ＷＥＭ的工作原理、技术优势、以及其在金属矿山深部勘探中的应用。
特别关注的是ＷＥＭ在数据处理、三维建模、与其他勘探方法的结合使用以及技术创新方面的进展，旨在全面理解ＷＥＭ在深部找矿中的潜力和挑战。
关键词：广域电磁法；金属矿山；深部找矿；应用中图分类号：Ｐ６３１．３２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２４）０３－００７７－３Application of Wide Area Electromagnetic Method in Deep Exploration of Metal MinesXIE Yu-feiＧｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，ＣｈｉｎａAbstract: Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ （ＷＥＭ）， ａｓ ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｈａｓ ｓｈｏｗｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｄｅｅｐ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｓ． ＷＥＭ ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅｓ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ａｄｅｐｔ ａｔ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｒａｌｓ． Ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅｒａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ， ＷＥＭ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｄｅｅｐ ｃｒｕｓｔ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｅｎａｂｌｅｓ ｐｒｅｃｉｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｗｉｌｌ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ， ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＷＥＭ ｉｎ ｄｅｅｐ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｓ． Ｓｐｅｃｉａｌ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｓ ｐａｉｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ＷＥＭ ｉｎ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ３Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｕｓｅ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ， ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ， ａｉｍｉｎｇ ｔｏ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ ＷＥＭ ｉｎ ｄｅｅｐ ｍｉｎｅｒａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Keywords: Ｗｉｄｅ ａｒｅａ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ； Ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｓ； Ｄｅｅｐ ｍｉｎｅｒａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２０２３－１２作者简介：谢宇飞，男，生于１９９２年，汉族，甘肃天水人，本科，工程师，研究方向：地球物理重磁电固体矿产勘查。
新型电磁波吸收材料的设计与应用
新型电磁波吸收材料的设计与应用在当今科技飞速发展的时代，电磁波无处不在，从我们日常使用的手机、无线网络，到航空航天、国防军事等领域，电磁波的应用已经深入到生活的方方面面。
然而，电磁波也带来了一些问题，例如电磁干扰、电磁辐射对人体健康的影响等。
为了解决这些问题，新型电磁波吸收材料的研究和开发变得至关重要。
电磁波吸收材料的工作原理是通过将入射的电磁波能量转化为热能或其他形式的能量，从而减少反射和透射的电磁波能量。
传统的电磁波吸收材料，如铁氧体、金属粉末等，虽然在一定程度上能够满足需求，但它们往往存在着重量大、吸收带宽窄、吸收性能不稳定等缺点。
因此，开发新型的电磁波吸收材料成为了当前研究的热点。
新型电磁波吸收材料的设计需要考虑多个因素。
首先是材料的电磁参数，包括介电常数和磁导率。
理想的电磁波吸收材料应该具有适中的介电常数和磁导率，以实现良好的阻抗匹配，从而使更多的电磁波能够进入材料内部并被吸收。
其次，材料的微观结构也对吸收性能有着重要的影响。
例如，具有多孔结构、纳米结构或多层结构的材料往往能够提供更多的电磁波散射和吸收路径，从而提高吸收效果。
此外，材料的化学成分和组成也是设计的关键因素之一。
通过选择合适的元素和化合物，并优化它们的比例，可以调节材料的电磁性能。
在众多新型电磁波吸收材料中，碳基材料因其独特的性能而备受关注。
碳纳米管和石墨烯具有优异的导电性和高比表面积，能够有效地与电磁波相互作用。
将它们与其他材料复合，可以制备出高性能的电磁波吸收材料。
例如，将石墨烯与磁性纳米粒子复合，可以同时利用石墨烯的电导损耗和磁性纳米粒子的磁损耗，提高吸收性能。
此外，金属有机框架（MOFs）衍生的碳材料也展现出了良好的电磁波吸收潜力。
MOFs 具有丰富的孔隙结构和可调节的化学成分，经过高温碳化处理后，可以得到具有特定结构和性能的碳材料。
除了碳基材料，磁性纳米材料也是新型电磁波吸收材料的重要组成部分。
磁性纳米粒子，如铁、钴、镍及其合金纳米粒子，具有较高的磁导率和磁损耗能力。
吸波材料有哪些
吸波材料有哪些吸波材料是一种可以吸收电磁波能量的特殊材料，广泛应用于通信、雷达、航空航天等领域。
吸波材料的主要作用是减少电磁波的反射和散射，从而降低电磁干扰和提高通信和雷达系统的性能。
目前市场上有许多不同类型的吸波材料，下面将介绍一些常见的吸波材料及其特点。
1. 碳基吸波材料。
碳基吸波材料是一种由碳纳米管、石墨烯等碳材料制成的吸波材料。
这类材料具有良好的吸波性能，能够有效吸收宽频段的电磁波。
同时，碳基吸波材料具有质量轻、耐高温、耐腐蚀等优点，适用于航空航天领域。
2. 铁氧体吸波材料。
铁氧体吸波材料是一种由铁氧体颗粒和聚合物基质组成的复合材料。
这类材料具有较高的磁导率和介电损耗，能够有效吸收微波和毫米波段的电磁波。
铁氧体吸波材料在雷达隐身、电磁兼容等方面有着重要的应用。
3. 多孔吸波材料。
多孔吸波材料是一种具有微孔结构的材料，能够通过多次反射和折射来实现对电磁波的吸收。
这类材料具有较宽的吸波频段和较高的吸波性能，适用于通信基站、无线电设备等领域。
4. 复合吸波材料。
复合吸波材料是一种由多种吸波材料组合而成的复合材料，能够充分发挥各种吸波材料的优点，实现对不同频段电磁波的吸收。
复合吸波材料具有较高的吸波性能和较宽的应用范围，是目前吸波材料研究的热点之一。
总的来说，吸波材料在电磁兼容、雷达隐身、通信保密等领域有着重要的应用，不同类型的吸波材料具有不同的特点和适用范围，科研人员和工程师们需要根据具体应用需求选择合适的吸波材料。
随着材料科学和工程技术的不断发展，相信吸波材料将会在未来发挥更加重要的作用。
电磁辐射与材料吸收的相关性研究
电磁辐射与材料吸收的相关性研究电磁辐射是人们日常生活中经常接触到的一种自然现象。
我们常常使用电器设备，如手机、电视、电脑等，这些设备都会释放电磁辐射。
然而，近年来，对电磁辐射对人体健康的影响越来越受到关注。
不仅如此，电磁辐射与材料吸收之间的相关性也逐渐成为一个研究热点。
首先，让我们来了解什么是电磁辐射。
电磁辐射是一种由电场和磁场交替变化而产生的能量传播现象。
它包括可见光、无线电波、微波等各种波长的电磁波。
这些电磁波与材料相互作用时，会引起一系列物理、化学甚至生物效应。
对于材料而言，它们对电磁波的吸收特性是十分重要的。
材料对电磁波的吸收可分为两个方面：吸收能力和频率选择性。
首先，我们来研究材料的吸收能力。
材料对电磁波的吸收能力取决于材料的物理和化学特性。
对于金属材料而言，因为其自由电子的存在，它们对电磁波的吸收能力较强。
这也是为什么手机信号在金属建筑物内信号弱的原因之一。
而对于非金属材料而言，其吸收能力取决于其分子结构和化学成分。
其次，材料对电磁波的吸收还具有一定的频率选择性。
不同材料对不同频率的电磁波的吸收能力有所不同。
例如，对于晶体材料而言，它们对于特定频率的电磁波具有较高的吸收能力。
这也是为什么晶体在无线电接收器和发射器中被广泛应用的原因之一。
然而，需要指出的是，电磁辐射与材料吸收之间的相关性研究还有许多争议和待解决的问题。
一些研究表明，电磁辐射对人体健康的影响可能与材料的吸收特性有关。
例如，一些材料可能会增加电磁辐射的吸收，从而导致更多的辐射进入人体。
这可能会引发一些健康问题，如头痛、失眠、焦虑等。
另一方面，一些研究也指出，某些材料对电磁辐射具有屏蔽作用。
这意味着这些材料可以减弱电磁辐射对人体的影响。
这启示我们，在使用电磁辐射设备时，选择适当的材料进行屏蔽是非常重要的。
总的来说，电磁辐射与材料吸收之间的相关性是一个复杂的课题，需要进一步的研究和探索。
未来，我们希望能够找到更多的证据，了解电磁辐射与材料吸收之间的机制和相互关系。
吸收电磁波的材料
吸收电磁波的材料
吸收电磁波的材料是指能够吸收电磁波能量并将其转化为其他形式能量的材料。
这些材料可以用于电磁波屏蔽、电磁波辐射防护、电磁波能量回收等领域。
目前，吸收电磁波的材料主要包括导电材料、磁性材料、复合材料等。
首先，导电材料是一类能够有效吸收电磁波能量的材料。
常见的导电材料包括
金属材料、碳纳米管、导电聚合物等。
这些材料具有良好的导电性能，能够有效地吸收电磁波能量，并将其转化为热能。
此外，导电材料还具有良好的加工性能和稳定性，适用于各种工程应用。
其次，磁性材料也是一类重要的吸收电磁波材料。
磁性材料具有良好的磁导率
和磁滞损耗，能够有效地吸收电磁波能量。
常见的磁性材料包括铁氧体材料、铁氧氮材料等。
这些材料不仅能够吸收电磁波能量，还具有良好的耐高温性能和化学稳定性，适用于各种恶劣环境下的电磁波吸收应用。
此外，复合材料在吸收电磁波领域也具有重要的应用价值。
复合材料是由两种
或两种以上的材料组成的材料，具有多种材料的优点。
通过合理设计复合材料的结构和成分，可以实现对不同频段电磁波的高效吸收。
目前，碳纳米管复合材料、石墨烯复合材料等在电磁波吸收领域取得了一定的研究进展。
总的来说，吸收电磁波的材料具有重要的应用价值，对于保护人类健康和环境、提高电磁波利用效率具有重要意义。
未来，随着电磁波技术的不断发展，吸收电磁波材料的研究和应用将会更加广泛和深入。
希望通过不懈努力，能够开发出更加高效、环保的吸收电磁波材料，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
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第5期2006年10月 矿产综合利用M ulti purpose Utili za ti on of M i n era l Resources No .5O ct .2006 综合评述 矿物材料对电磁波的吸收特性及其应用管登高1,王树根2(1.成都理工大学材料与化学化工学院,四川 成都 610059;2.中国地质科学院矿产综合利用研究所,四川 成都 610041) 摘要:分析了矿物的宏观电磁参数(σ、μ′、μ″、ε′、ε″)对电磁波吸收性能的影响及其在地质、冶金和材料科学中的应用。
结果表明,矿物的电磁参数会影响其波阻抗与空气阻抗的匹配程度,提高阻抗匹配程度,可降低矿物对入射电磁波的反射,增加矿物对进入其内部的电磁波的吸收;矿物对电磁波的吸收损耗取决于该矿物的电磁参数及电磁波的频率f;不同矿物的导电性、介电损耗和磁损耗特性差异较大,矿物电磁参数随频率的改变而改变。
搞清矿物的电磁特性对地质遥感、矿冶工程以及电磁功能材料制备有较强的实用意义。
关键词:矿物材料;电磁参量;吸波特性;电导率;介电常数;磁导率中图分类号:P579 文献标识码:A 文章编号:100026532(2006)0520017205 地质过程中形成的数量众多、不同类型的矿物和岩石对入射电磁波有一定的反射、吸收、散射和透射性能。
这既是遥感测量和矿产资源普查的前提,也是鉴定、分离矿物及其利用矿物制备电磁功能材料的物理依据。
在电子和信息时代,信息的产生、传递、接收、处理和存储要以电磁波为载体,地球表面的矿物和岩石对电磁波的不同吸收反射性能会对信息的传播产生明显的影响。
随着电子电气设备的大量应用,电磁空间环境污染日益严重,市场对电磁波屏蔽吸收材料的数量和品质有了更高的要求。
天然矿物成本低廉,若将某些具有优异电磁特性的天然矿物经过特殊处理,可研制出低成本高性能的这类功能材料。
因此,研究矿物对电磁波的吸波性能及其应用具有重要的现实意义。
1 矿物对电磁波的吸收1.1 矿物对电磁波的吸收作用具有一定能量的电磁波入射到矿物表面时,由于矿物的波阻抗与空气的波阻抗不匹配,电磁波会被反射回空气中。
当剩余电磁波进入矿物时会作用于其内的电子、离子和偶极子及磁畴等,使这些粒子的运动方式发生改变,如形成涡流、极化、驰豫、偶极子转动、共振、磁化、畴壁移动等,从而使电磁波能量被损耗掉,这就是矿物对入射电磁波的吸收作用。
1.2 矿物电磁波吸收性能的影响因素为分析问题方便,设平面电磁波E (t )=E 0e i ωt,H (t )=H 0e i ωt沿X 方向垂直于表面进入矿物,由麦克斯韦方程可得出反射波E r (t )、透射波E t (t )分别为:E r (t )=Z -Z 0Z +Z 0 E 0ei ωt(1)great infecti on on liquor abs orbing capacity of super abs orbent poly mer .According t o the I R analysis,the composite super abs orbent poly mer has a unif or m constucti on and the comm inuted fly ash has well linked with the organic resin .Key words:Fly ash;Acrylic acid;Calcinati on for re moving carbon;Super abs orbent poly mer收稿日期:2005210228作者简介:管登高(1970-),男,博士后,讲师。
矿产综合利用2006年 Et (t)=2 ZZ0Z+Z0 Ee iωt(2)其中,Z,Z分别为电磁波在矿物和真空中的波阻抗,Z= μr εr= μ′+iμ″ ε′+iε″ Z= μ ε=377Ω式中,μ′、ε′分别为磁导率的实部;μ″、ε″分别为磁导率的虚部;μ0、ε分别为真空中的磁导率和介电常数;μr 、εr分别为矿物的磁导率和介电常数。
由于与矿物内部各粒子的相互作用,电磁波进入矿物内部后将消耗能量被吸收,此时,其电磁波的表达式为:Ex(t)=E0e iωt-rx=E0e iωt-(α+iβ)x=E0e-αx e i(ωt-βx)(3)H y(t)=1iωμ9E x9x=γiωμE x=γiωμE0e-αx e i(ωt-βx)(4)式中,α为衰减常数,β为相移常数,且有α=ω με2(1+σ2ω2ε2-1)(5)β=ω με2(1+σ2ω2ε2+1)(6)其中,ω=2πf,μ=μ′+iμ″,ε=ε′+iε″从以上分析可以看出:(1)矿物的电磁参数(μ′、μ″、ε′、ε″)对阻抗匹配有重要影响,提高矿物的波阻抗与空气的阻抗的匹配程度,可降低矿物对入射电磁波的反射,增加矿物对进入其内部的电磁波的吸收;(2)矿物对电磁波的吸收损耗程度取决于该矿物的电磁参数(σ、μ′、μ″、ε′、ε″)及电磁波的频率f。
可见,矿物的电磁参数决定了对入射电磁波的吸收程度。
而自然界的每一种矿物的组成、结构、化学键型等差别较大;矿物类质同相置换普遍,容易引起矿物晶格畸变,改变晶胞参数变化和原子键力,从而改变其电磁波参数。
因此各类天然矿物的电磁参数及其对电磁波的吸收性能有较大的差异。
1.3 天然矿物的导电特性及其对电磁波吸收性能的影响由于带电粒子浓度和迁移率差异较大,不同类型的矿物的电导率相差甚大(见表1所示)。
单质金属矿物具有很好的导电性,其电导率σ可达到104～108S/m,由于趋肤效应,电磁波的透射深度很小,因此,电磁波的反射作用较强,相应地,对电磁波的吸收较弱。
硫化物、氧化物、硅酸盐等类型的矿物的电导率σ可达到10-14～104S/m,由于其趋肤深度较大,大部分的电磁波可以进入矿物中,如果其电磁参量匹配适当,可实现对电磁波的低反射和高吸收。
1.4 天然矿物的介电特性及其对电磁波吸收性能的影响自然界的矿物介电特性变化很大。
部分矿物介电常数的变化范围见表2所示。
可见,大多数硫化矿和硫化物在微波频段具有较大的介电常数(ε′=4.4～600,ε″=0.025～90.0)。
对阳离子相同的矿物,氧化矿和氧化物的ε″低于相应的硫化矿和硫化物。
对于含有稀有气体型阳离子(Mg2+、Ca2+、Si4+、A l3+)的氧化矿和氧化物不能很好地吸收微波,它们的ε″在所测定的氧化矿和氧化物中是最低的,而含有Pb3+、Mn4+、Fe3+、Fe2+、Cu2+的相应矿物的介电损耗较大。
磁铁矿、钛磁铁矿、软锰矿等含有大量的Mn2+、Fe3+、Fe2+等磁性离子,它们既具有较高的介电常数,又有一定的磁化率,因此,是双复介质,在微波频段具有较好的吸收性能。
除了阴阳离子的类型外,矿物的介电损耗还受杂质的影响。
当矿物含有杂质时,便会在矿物中产生空位、间隙原子和位错等结构缺陷,尽管这些缺陷不多,但能显著降低价带与导带之间的能量差,从而增加矿物的电导,因此,矿物的杂质对电磁波的吸收性能有一定影响。
1.5 天然矿物的磁损耗特性及其对电磁波吸收性能的影响矿物的磁性包括地球磁场对矿物的电磁感应所产生的磁性和冻结在矿物中的磁性。
矿物的磁性主要是由含Fe、Mn、N i等的铁磁性矿物产生的。
具有较高磁化强度的主要是尖晶石和类似尖晶石的铁氧体矿物,它们多为含Fe、Mn、N i等的氧化物或硫化物,如表3所示。
这些矿物对入射电磁波具有磁损耗性能。
1.6 矿物电磁参数的频率特性及其对电磁波吸收性能的影响不同频率下的介电谱、磁谱对应于矿物内电子、原子、分子、偶极子振动和介面极化以及磁畴、畴壁的运动和磁性离子的共振吸收等,情况复杂,因此矿物的介电谱、磁谱会随着频率的变化发生较大的改·81· 第5期管登高等:矿物材料对电磁波的吸收特性及其应用变。
通过测定某矿区的金红石在1KHz～1.8GHz、2GHz～18GHz、26.5GHz～40GHz的介电谱,可以发现,当f≤5GHz时,tanδε<2×10-3,金红石的介电损耗甚小,对电磁波的吸收性能较低;当f>5GHz 时,金红石存在着明显的弛豫吸收,有较好的吸收电磁波性能。
表1 常温下某些矿物的电导率/(Ω-1·c m-1)矿物电导率矿物电导率矿物电导率矿物电导率石 墨10-3～106硅灰石10-15～10-11赤铁矿10-12～103黄铁矿10-1～106金刚石10-17～10-12白云母10-5～102磁铁矿10-5～102辉铜矿10～102石 英10-16～10-11透辉石10-14～10-11钛铁矿10～104辉银矿10-5～10-1刚 玉10-15～10-12橄榄石10-16～10-11金红石10-2～104方铅矿10-2～103方镁石10-15～10-11蓝晶石10-16～10-13白钨矿10-16～10-12自然金10～106表2 某些矿物的介电常数矿物类型低 频微 波ε′ε″光 频自然元素及互化物3.75～>814.15～20.00.025～0.3843.725～5.894硫化物6.0～4504.44～6000.025～90.04.567～15.304氧化物4.50～1734.17～1500.025～4.041.712～10.368卤化物4.39～12.35.73～18.00.025～0.1101.764～5.108硅酸盐4.30～25.353.58～24.00.025～0.9012.170～4.210含氧盐4.90～26.83.84～44.00.025～0.3651.774～5.827表3 几种磁性矿物的磁性矿物名称分子式磁 性密度/(g/c m3)居里温度/℃饱和磁化强度/(e mu/g)磁铁矿Fe3O4亚铁磁性5～5.457592锰尖晶石M nFe2O4亚铁磁性4.9530084镍磁铁矿N iFe204亚铁磁性5.3558551镁铁矿MgFe2O4亚铁磁性4.1831024.3钛磁铁矿x-Fe2Ti O4(1-x)Fe3O4亚铁磁性4.6～4.8530～56050～60磁赤铁矿γ～Fe2O3亚铁磁性4.8867583.52 矿物吸收电磁波性能的应用由于不同类型的矿物的电磁参数及其吸收电磁波性能有较大的差异,这就为地球物理、天体物理、地质学的研究提供了可靠的方法,为制备无线电功能矿物材料提供了可选择的廉价原料,为选矿技术加工、矿冶工程提供了很好的手段。
2.1 在电磁波屏蔽吸收材料中的应用对电磁波屏蔽吸收材料的基本技术要求,是能对一定频率范围内的电磁波实现高效宽带吸收,材料要求轻薄。
在这类材料研制中,吸收剂填料的设计制备和加工尤其关键。