電磁感應透明的案例
基于CST的電磁感應透明設計與機制研究
前言
電磁感應透明（EIT）最早在量子力學中提出，但是量子系統(tǒng)實驗條件十分苛刻且費用較高，超材料的出現(xiàn)對電磁感應透明的研究提供了一種新的方法。利用超材料單元結(jié)構(gòu)設計靈活，通過排列不同結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)操控電磁波而且能夠在常溫下實現(xiàn)類 EIT 效應，極大地降低了量子系統(tǒng)中 EIT 效應的苛刻實驗條件，吸引了廣大研究人員的興趣與研究。EIT 超表面的窄帶、高效透射窗口可用作濾波器和光開關(guān)器件。依據(jù) Kramers-Kronig 關(guān)系，吸收頻譜的強烈色散效應將導致折射率的劇烈變化，因此 EIT 透明窗口頻率處的群折射率增加并導致群速度降低，利用該效應可將 EIT 介質(zhì)制作為慢光器件。同時，EIT超表面對于一些特殊物質(zhì)的靈敏度較高，也可以只作為超表面?zhèn)鞲衅鳌?單元結(jié)構(gòu)設計
這里為了方便起見，采用最簡單的EIT結(jié)構(gòu)（CW和SSR耦合）為例，模型如下：
本文的設計頻段為0.4-0.8THz頻段，入射光偏振方向為y方向。仿真結(jié)構(gòu)如下：
電場和表面電流分析
從上圖可知，EIT的產(chǎn)生頻率為0.627THz附近。EIT處的電場和表面電流圖分布如下：
從圖中可以看出，SSR的電場強度和表面電流強度均大于CW結(jié)構(gòu)上的強度，通過單獨仿真CW和SSR可以得到其單獨響應的對應譜線，在y極化方向上，CW被激發(fā)，SSR不能被激發(fā)，但由于兩個結(jié)構(gòu)有耦合因此可以產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。
擬合計算
基于EIT是由于兩個結(jié)構(gòu)耦合產(chǎn)生，可以利用耦合模方程對仿真譜線進行計算驗證，計算結(jié)果如下：
通過調(diào)整超表面單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，我們可以實現(xiàn)不同頻率段下的EIT結(jié)構(gòu)設計，同時也可以通過耦合模方程對其的產(chǎn)生機制進行研究和理論計算。
最后，有相關(guān)需要歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)系
展開 這些物理現(xiàn)象顛覆了我的世界觀，前所未有…（轉(zhuǎn)載）
對于電磁波，一種比較奇特的表面波是表面等離子體激元。這種表面波一般存在比較高的頻段，比如光頻段。這個頻段比較靠近一些金屬里面電子的諧振頻率（比如金、銀），光和電子可以直接交換能量，形成一種很奇特的模式。如果從麥克斯韋的參數(shù)上來說，此時金屬的介電常數(shù)為負數(shù)。
這東西好玩得很，可以做成波導，或者其它光器件。以后的光電路有可能用到它。
當然在低頻段，比如微波段也是可以的。雖然在自然界，微波段沒有介電常數(shù)為負的材料，但是可以人工制造出來。它可以做成這樣：
這東西就像電線一樣……電磁波就沿著這個“電線”走，是不是很神奇。
#拓撲光學
拓撲絕緣體，這個是最近才火的，其影響可媲美石墨烯。當然這東西也是最先出現(xiàn)在凝聚態(tài)物理，最近一兩年延伸到電磁波。非常神奇的是，電磁波只能在它的表面?zhèn)鳎荒茉谶@種材料里面?zhèn)鳌６以诒砻鎮(zhèn)鲿r，它的模式是受拓撲保護的。淺顯來說，一種模式只能往特定方向傳播，就算有一些障礙物，它也可以繞過去。
所以很顯然，它很適合當波導，不用擔心電磁波拐外時帶來的反射問題。就像以前的車道，車有的向前有的向后，很容易發(fā)生交通擁堵。現(xiàn)在我們建成了單行道，或者高速公路（由向前向后兩個單行道構(gòu)成），那么擁堵問題就會減少了。
先上圖↓
顧名思義是讓光走得很慢。其中有個原理是電磁感應透明（electromagnetic induced transparence）。這實際上是從quantum physics中引入的一個概念。我們可以從各種結(jié)構(gòu)或者材料來構(gòu)建一個二能級系統(tǒng)，即兩個不同的模式，在這個二能級系統(tǒng)中，不同能級或者說模式相互作用，在特定情況下就會產(chǎn)生電磁感應透明現(xiàn)象。
這種現(xiàn)象可以用超材料來實現(xiàn)。一個dark element 在某個頻率點諧振，諧振的品質(zhì)因數(shù)非常高；另一個是bright element 在同一個頻率點諧振，諧振的品質(zhì)因數(shù)比較小。
展開 Simcenter MAGNET 電磁感應加熱應用——感應爐中的電磁懸浮
下圖 曲線 2 與 Simcenter MAGNET 生成的電磁壓力曲線不兼容（見下圖 a）。兩條曲線在兩端重合，中間段各異。改進曲線兼容性的方式有兩種：a) 感應線圈設計，以及 b) 感應線圈位置。
從一開始就采用線圈設計方法：該設計采用圓柱和圓錐線圈匝數(shù)組合。它在設計初期即已展示出理想的效果。上圖b 曲線體現(xiàn)出很好的一致性。
線圈位置導致碰撞結(jié)果：無法為適應所有變數(shù)找到最佳線圈位置。相關(guān)方面作出設計更改，將工藝流程中的感應線圈從爐頂加熱改為爐底加熱。設計更改可與時間步同步執(zhí)行，也可持續(xù)進行。
對這種變數(shù)進行探索后，結(jié)果令人滿意。下圖顯示負載曲線計算示例。
開發(fā)方法效率通過估算熔爐負載利用率來確定。負載利用率 (LU) 系數(shù)可以應用于此目標。LU 系數(shù)是指熔融負載質(zhì)量與爐料質(zhì)量之間的比率。如圖 所示，使用可移動感應線圈時，LU 系數(shù)高達 90% 以上。
結(jié)論
在這個案例中充分運用Simcenter MAGNET對感應爐與冷坩堝計算，有利于設計出熔融金屬與爐內(nèi)坩堝接觸最少的熔爐。這顯著降低了負載污染。
Simcenter MAGNET在三維電磁場求解問題上求解效率高占用計算資源少。
Simcenter MAGNET求解器自帶了電磁-熱耦合分析，可以支持各種類型的電磁加熱相關(guān)問題。
Simcenter MAGNET腳本功能十分強大支持進行各種方式的求解調(diào)用。
展開 中美科學家聯(lián)手打造可量產(chǎn)的下一代半透明電磁屏蔽薄膜
隨著電子設備爆炸性的增長，如何在屏蔽多頻段不同能量的電磁干擾（EMI）的同時，仍能正常使用各種需要視覺交互的電子設備，如智能手機，平板電腦等成為了當前研究的熱點。但截止到目前為止，對于開發(fā)批量化制備兼具柔性透明與高性能的電磁屏蔽薄膜的技術(shù)仍在探索之中。
近日，紐約大學André Taylor團隊博士后翁國明、西南交通大學材料學院周祚萬教授團隊副教授李金陽與Drexel大學Yury Gogotsi團隊博士生Mohamed作為共同第一作者，在材料領(lǐng)域頂級期刊Advanced Functional Materials（先進功能材料）發(fā)表了最新成果 “Layer-by-Layer Assembly of Cross-Functional Semi-transparent MXene-Carbon Nanotubes Composite Films for Next-Generation Electromagnetic Interference Shielding”。與以往厚重剛性不透明的薄膜相比，這種通過旋轉(zhuǎn)噴涂層層自組裝技術(shù)（SSLBL）制備的柔性半透明可控的電磁屏蔽薄膜，可被應用于更為廣闊的電磁屏蔽應用。
該文章提出的SSLbL結(jié)合旋轉(zhuǎn)涂布機與多相噴頭復合成膜技術(shù)，能夠一層一層地將帶相反電荷的具備納米厚度的單層高分子疊加起來，從而制備出具有柔性和半透明的電磁屏蔽薄膜。通過在相反電荷的高分子層中摻入碳納米管（CNTs）和Mxene，能夠可控制備這種高達數(shù)百個層層交替疊加的復合薄膜。其中，CNT與MXene層之間的強烈靜電與氫鍵結(jié)合作用賦予薄膜高柔性。同時，分散于各層內(nèi)的Mxene與CNT本身優(yōu)良的導電性，以及這種層層疊加的特殊結(jié)構(gòu)，是該符合薄膜具備優(yōu)良的電磁屏蔽性能的重要因素。
展開 
：室溫快速自修復可拉伸柔性透明電磁屏蔽材料
基于上述特性，研究團隊將銀納米線滲流網(wǎng)絡半嵌入該彈性體表面，最終獲得的材料擁有超過60%的透明度，即使在拉伸50%應變時，仍具有超過20dB的EMI 屏蔽效果。得益于聚合物分子鏈的高動態(tài)性和銀納米線滲流網(wǎng)絡獨特的半嵌入結(jié)構(gòu)，分子鏈運動時，也能帶動銀納米線滲流網(wǎng)絡運動，使得受到損傷的銀納米線網(wǎng)絡搭接出新的導電通路，從而賦予了材料電磁屏蔽功能快速自修復的特性。
圖1.自修復可拉伸透明電磁屏蔽復合材料制備策略
PDMS-MPI-HDI分子鏈中MPU單元和HDU單元無規(guī)排布，聚合物分子鏈松散堆積，打破了結(jié)晶行為，在DSC中未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶峰，樣品呈無色透明狀態(tài)，透明度高于94%。向PDMS-MPI-HDI表面半嵌入一層銀納米線滲流網(wǎng)絡后，復合材料在具備導電能力的同時，仍然保持透明。
圖2 Ag NWs/PDMS-MPI-HDI的電磁屏蔽功能修復展示
破損的銀納米線滲流網(wǎng)絡能在分子鏈運動的帶動下，重新搭接出導電通路，實現(xiàn)電磁屏蔽功能的自修復，在室溫下修復60 min后，復合材料表面劃痕可基本消除。即使是在拉伸狀態(tài)下，受損材料上的缺口也沒有進一步擴展，在恢復形變后，其電磁屏蔽效率仍能恢復如初。
展開 案例分享：感應電機電磁計算
感應電機（通常指異步電機）的電磁計算是電機設計中的一個重要環(huán)節(jié)，它涉及到電機的電機設計、制造、故障分析與診斷、科學研究與技術(shù)創(chuàng)新以及節(jié)能減排等方面都具有重要意義。以下內(nèi)容以某感應電機為例介紹電磁計算的過程。
建模設置
1）幾何建模
建立三相感應電機2D仿真半模型。半模型中包括：定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、雙層定子繞組和轉(zhuǎn)子導條，其中定子有24個定子槽，轉(zhuǎn)子有22個轉(zhuǎn)子導條。感應電機2D仿真計算半模型如下圖所示：
三相感應電機2D半模型
2）材料設置
在感應電機仿真模型中共有四種材料，分別為定轉(zhuǎn)子硅鋼片DW600、定子繞組為紫銅、轉(zhuǎn)子導條為鋁合金，以及定轉(zhuǎn)子之間的空氣氣隙。其中硅鋼片材料DW600的磁導率為非線性，在Simdroid和商軟里需要將材料B-H曲線數(shù)據(jù)（沒有找到合適的DW600B-H曲線，以牌號相近的DW540 B-H曲線代替）輸入材料屬性進行材料設置，硅鋼片材料的B-H曲線如下圖所示：
硅鋼片材料B-H曲線
空氣材料的相對磁導率為1，相對介電常數(shù)為1；紫銅的相對磁導率為1，電導率為5.8e7 S/m；鋁合金的相對磁導率為1，電導率為2.3e7 S/m。
3）邊界設置
三相感應電機仿真計算模型采用半模型，定子鐵芯的磁導率遠大于空氣，因此選擇定子外圓為磁力線平行邊界；電機具有反周期對稱性，在其他外側(cè)邊界上需要設置反周期邊界條件。
展開 玩具熊制作過程中的電磁感應加熱仿真 ￥500
<p>本案例建立了一電磁感應加熱裝置，基于COMSOL軟件模擬了玩具熊制作過程中的電磁感應加熱過程，幾何模型如圖1所示。仿真結(jié)果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c56395adfdc648d499ba30783ae4df9c.png" alt="Untitled31.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/15e33f57252c4a27bde1c88a8cea9746.png" alt="Untitled32.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>電磁場分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/d67d0fbcaa8f41998b375f893ed5367a.png" alt="Untitled33.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>玩具熊的電磁感應加熱制作過程</strong></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，歡迎交流合作</p>
展開 COMSOL圓柱形導體在交變背景磁場電磁感應分布
模型介紹
如圖1幾何模型示意圖所示，直徑為25mm的圓柱形銅導體，在1000Hz交變背景磁場（背景磁場強度大小為0.01T）的作用下產(chǎn)生感應電流與電磁損耗，同時圓柱形銅導體也會產(chǎn)生明顯的集膚效應，本模型為基礎(chǔ)案例對此過程進行仿真計算，并提供講解視頻供大家參考學習。
圖1 幾何模型示意圖
2.物理場選擇及邊界條件設置
從模型背景可知，本模型屬于電磁感應，因此本模型選擇COMSOL 中的電磁場中的磁場模塊，詳細的物理場選擇及邊界條件設置如圖2所示。
圖2 詳細的物理場選擇及邊界條件設置
3. 網(wǎng)格繪制
由于本模型涉及到集膚效應，為了更好的捕捉肌膚效應，需要對圓柱形銅導體進行邊界層繪制，繪制的效果如圖3所示。
圖3 圓柱形銅導體邊界層繪制
4.結(jié)果展示
圖4 磁通密度及磁感線分布
圖5 感應電流密度分布
圖6 半徑方向感應電流密度分布
圖7 渦流損耗密度分布
圖8 渦流損耗密度半徑方向分布
本文來自：iCAE工作室
展開 盧素華 等：基于多場耦合的斷條狀態(tài)下感應電機電磁振動噪聲規(guī)律研究
摘要：對于電機的電磁振動噪聲問題，僅通過電磁計算激勵源特性分析較難預測電機實際的振動噪聲情況。本文基于電磁場、結(jié)構(gòu)場及聲場的多場耦合分析方法，以YE2-90L-4感應電機為例，結(jié)合電機結(jié)構(gòu)與實際安裝方式，對斷條狀態(tài)下的電機電磁激振力、結(jié)構(gòu)振動響應以及電機周圍聲場聲壓分布進行多場聯(lián)合仿真，從而計算出斷條故障對于電機振動噪聲的影響。最后通過進行故障試驗，發(fā)現(xiàn)斷條故障所導致的電機電磁振動噪聲規(guī)律與仿真結(jié)果較吻合。
0 前言
電機的振動噪聲以電磁振動噪聲為主。目前國內(nèi)外針對引發(fā)電磁噪聲的電磁力計算已做了大量研究工作，基本確定了電磁力的特征計算方法。振動噪聲是激勵源與結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)之間相互耦合作用的結(jié)果，激勵源與響應（振動噪聲）之間并不呈線性關(guān)系。實際電機結(jié)構(gòu)較為復雜，而電機電磁力特征計算方法的確定僅確定了激勵源的特征，沒有結(jié)合電機的結(jié)構(gòu)傳遞函數(shù)進行分析，并不能準確地確定實際情況下電機結(jié)構(gòu)響應。
除了設計方面的影響，電機在運行過程中，一些特定故障的產(chǎn)生，如偏心、斷條等，也會增大電磁振動及噪聲的幅值或使電磁噪聲的聽感變差。
展開 利用人體對周圍電磁波的增強感應，直接可視覺觸覺感知和超靈敏觸覺傳感器
壓力變化的可視化檢測
a) 多孔彈性電極的材料構(gòu)造；
b) 多孔結(jié)構(gòu)的顯微圖像；
c,d) 多孔彈性電極的實物照片；
e) 電極響應不同壓力的導電性變化
f) 電極響應不同施加壓力時的傳感器單元的電流信號
g,h) 施加力讀數(shù)變化和對應發(fā)光二極管亮度變化的照片: g )接觸前和h )接觸時；
i) 隨著施加在電極上的壓力增加，電路中的電流的變化；
【小結(jié)】
本論文提出了由兩個串聯(lián)的發(fā)光二極管組成的簡單電路，該電路可以被設計成傳感器單元來檢測各種觸覺接觸，其中環(huán)境電磁信號作為觸發(fā)信號工作。電磁波在這個傳感器電路中感應出靜電信號，人類或其他介質(zhì)的接觸運動可以放大這種感應效應。然后，LED的指數(shù)特性導致在電磁信號激勵下電流信號的強烈增強，通過觀察LED的亮度變化可以實現(xiàn)觸覺的可視化傳感。通過使用這種傳感器單元，研究人員設計了一個可拉伸半透明傳感器矩陣來檢測微小觸碰點。接觸節(jié)點的最小直徑約為0.1 mm，傳感器單元可以清晰識別接觸力小于0.001N的觸摸力。此外，水凝膠條和彈性電極被結(jié)合到該傳感器單元，用于滑動軌跡和接觸壓力的檢測和可視化。由于電磁波普遍存在于我們周圍環(huán)境，有助于該觸覺傳感器的連續(xù)工作。因此，這種傳感方法的高靈敏度、簡單的組件和可視化能力可以在工業(yè)自動化、機器人皮膚、人機交互、安全監(jiān)控等領(lǐng)域打開各種應用。
展開 電機電磁熱設計軟件Motor-CAD的十大優(yōu)勢，了解一下嗎？附Motor-CAD案例教程系列三相感應
尤其是在ANSYS中，可以和Maxwell、Fluent、Mechanical、Simploer對電機進行電磁、溫升、機械以及系統(tǒng)方面的耦合計算，得到更為完整詳細精確的數(shù)據(jù)結(jié)果。
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展開 
扭曲雙層材料，再發(fā)《Science》！
可實現(xiàn)的控制程度，可以使一套新的二維材料量子光學實驗成為可能，包括光泵谷和層偽自旋以及利用層相干的電磁感應透明。（文：水生）
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