電磁波的案例
"波"與"力"的特殊關系，電磁波或是純粹的"力"！
聲波是高頻“力”的傳播或許不足為奇，但電磁波也有相似的傳播特征，這卻有重大的意義。
二、電磁波 (Electromagnetic wave)又稱電磁輻射、電子煙霧
1865年，James clerk maxwell 創立了經典電磁理論，并預言了電磁波的存在，且通過麥克斯韋方程計算出光速。1887年，赫茲用實驗證明了電磁波的存在。其后，電磁理論逐步完善。
電磁理論認為電磁波是變化電場周圍激發出磁場，變化磁場周圍再激發出電場,空間電場、磁場的相互激變使電磁波實現傳播。然而，進一步研究發現，磁場、電場的本質是“力”。
磁場的定義是，對放入其中的磁體有磁力作用的物質叫磁場。當一個磁針受力偏轉時，就可斷定周圍有磁場。反過來說，如果磁場對任何物質都不產生作用力，就不能稱為磁場，因此磁場的本質是磁力，“磁力”是磁場唯一標志。
同理，電場的本質是電荷對電荷的作用“力”，當電子在某一區域受到力時，就斷定周圍有電場。相反，如果電場中不產生任何力，也就不成為其電場，因此電場就是電荷力的作用場，“力”是電場的唯一標志。
磁場是“磁力”，電場是“電荷力”，那么，電場、磁場的相互激變，必然是電荷力與磁力的激變，因此，電磁波的傳播本質是傳播“電磁力”。
再從電磁波傳播的效果看，在電磁波接收器中，接收到的電磁信號本質是什么？其實是導體獲得微小高頻電流，而電流是電子的流動，但是電子只有受到電磁力作用才會移動，電磁力從何而來呢？是電磁波發射器傳送來的，因此電磁信號的傳遞就是傳遞“電磁力”。
電磁波的本質是傳播高頻的“電磁力”。這似乎難以讓人接受，但電磁波在客觀中的表現卻與此很吻合。
展開 青島大學《JMST》封面：復合材料設計實現高性能電磁波吸收性能！
研究表明，含Ni13.17%的Ni/NiO@C復合材料展現出優異的電磁波吸收性能，最小反射損耗值（RLmin）在2.4 mm時達到了-51.1 dB，同時在2.7 mm時最大吸收帶寬（EAB，RL≤-10 dB）達到5.12 GHz。
背景介紹
電子通信設備的日益發展所引起的電磁波干擾已成為當今世界亟需解決的難題。這些電磁波不僅會對人體健康造成危害，還會干擾正常的通訊交流。因此，探索并制備新型高性能電磁波吸收材料來降低電磁波的不利影響成為了當下研究熱點。
近年來，磁/介電損耗型復合材料由于兼具磁損耗以及介電損耗的優勢而被制備用于高性能電磁波吸收材料，同時異質界面的增加也會進一步增強材料體系的介電損耗能力。因此，對于復合材料各組分的合理設計對優化復合材料的電磁波吸收性能具有重要意義。
本文亮點
（1）通過不同的制備工藝調整復合材料的Ni與NiO的比例；
（2）不同組分的含量對電磁波吸收性能有顯著的影響；
（3）在Ni/NiO中Ni的比例為13.17%的復合材料表現出優異的反射損耗與吸收帶寬。
展開 哈工大張濤老師課題組Carbon：有機先驅體法制備超輕h-BCN陶瓷具備可調節性電磁波吸收性能
【引言】
一個多世紀以來，電磁波在人類生活中已經成為不可或缺的組成部分。目前在通信通訊、醫療設備、食品衛生等領域有著廣泛的應用。電磁波的廣泛應用變革了人類的生產與生活方式，但與此同時也帶來了許多負面影響。在軍事裝備方面，隱身技術是現代軍事科技中至關重要的研究內容。另外電磁波的廣泛應用也帶來了電磁污染。它是以電磁場的場力為特征，并與電磁波的性質、功率、密度及頻率等因素密切相關。由于電子技術的廣泛應用，無線電廣播、移動電話、電視以及微波技術等事業的迅速發展和普及，射頻設備的功率成倍提高，地面上的電磁輻射大幅度增加。已達到可以直接威脅人體健康的程度。電磁污染是一種無形的污染，已成為人們非常關注的公害，給人類社會帶來的影響已引起世界各國重視，被列為環境保護項目之一。因此，吸波材料對民用和軍用領域均有重大意義，但傳統的吸波材料難以滿足現代優良吸波材料所應具有的“薄，輕，寬，強”等特點。h-BCN因其具有優異的熱學、化學穩定性和可以靈活調節的介電性質被認為是可應用于臨界馬赫數飛行器的有良好前景的一類新型電磁電磁波吸收材料，近年來得到了廣泛的關注。于此，制備新型吸波材料勢在必行。
【成果簡介】
近日，哈爾濱工業大學威海校區張濤教授（第一作者）、其學生張建（共同一作）、夏龍教授（通訊作者）和黃小蕭教授（通訊作者）等人已將該項關于超輕h-BCN的可調節吸波性能的研究發表在Carbon上，題為“Ultra-light h-BCN architectures derived from new organic monomer with tunable electromagnetic wave absorption”。
展開 【科普系列】電磁波的“克星”—介電損耗型吸波材料
Phys., 2018, 20: 14155-14165.
02 陶瓷基吸波材料
理想的電磁吸收體應具有質量輕熱穩定性好、能吸收較寬的電磁頻率、經濟有效等特征。陶瓷作為一種潛在的電磁波吸收材料,也越來越受到人們的關注?？蒲腥藛T對陶瓷進行了大量的研究，例如: SiC，SiCf，Al2O3， SiO2， SiOC，SiBCN等。Al2O3和 SiO2作為傳統的陶瓷材料，具有很高的耐磨性、耐高溫、耐腐蝕、硬度且高溫中化學穩定性強等優勢,使其廣泛應用于航空航天領域。但其作為吸波材料有著不可忽視的缺點，純的陶瓷材料在高溫下的吸波性能并不樂觀 (反射損耗值較高)。為此, 研究者通過引入碳材料、金屬氧化物 (Li2O) 等物質來調節其介電常數、熱膨脹系數以及阻抗匹配等特性，用以提高陶瓷材料在高溫下的吸波性能。
目前, 對于高溫下的吸波性能的測試手段并不健全，材料的電性能隨溫度的變化程度不可控且規律復雜。此外，陶瓷材料的元素種類較多、內部結構和機理也較為復雜。這些弊端均限制了陶瓷基吸波材料的發展。為此, 后續的工作將集中于更好地控制其形貌、物相和結構，調節其介電常數，改變其導電網絡，從而增強其電磁波吸收性能。同時，對陶瓷基材料的電磁波吸收機理進行更深入的探索,并且設計出可在高溫下測試材料吸波性能的平臺，以滿足復雜的電性能和機理分析。
LAS/RGO-KH-550的電磁波吸收機理
LUS R, XIA L, XU J M, et al.
展開 
在電磁波仿真中定義材料屬性的 3 種方法
結合我們之前發布的關于模擬開放邊界條件及模擬端口的文章，我們已經基本掌握了電磁波模擬的所有相關基礎知識。
本文來自： COMSOL 博客
西工大《CEJ》：新一代穩定、輕質、高效電磁波吸收材料！
消除電磁污染、保護人體健康和設備完整性是幾十年來民用吸波材料的發展目標。然而，隨著通信設備的發展，廣泛用于傳輸信息的電磁波強度逐漸增加，頻率范圍逐漸擴大(從兆赫到千兆赫)，使得傳統的吸收材料難以滿足復雜電磁污染的消除要求。新一代高效吸收材料對候選材料提出了四大要求：涂層厚度更薄、重量更輕、吸收范圍更廣、吸收能力更強。對社會來說，這是發展的必然要求，對科研人員來說，這是新一輪的挑戰。
近日，西北工業大學Di Lan等人采用水熱法合成了新型硅酸鈷包覆的雙層中空玻璃微球（HGMs），并對其進行了煅燒。通過對樣品的物相、形貌和電磁波吸收特性的詳細表征，發現磁損耗成分Co2SiO4和介電損耗成分中空玻璃微球
HGMs
的結合在電磁波的引入和耗散中起著重要作用。在討論部分，作者重點比較了復合材料和單組分材料，并詳細說明了新型復合材料結構對材料穩定性和電磁波吸收性能的影響。當匹配厚度(d)為2.9毫米時，HGMs@Co2SiO4的最小反射損耗(RLmin)達到 -46.7分貝，相應的有效吸收帶寬(RL < 10分貝)為5.92 GHz。這種新型雙殼HGMs@ Co2SiO4將成為新一代穩定、輕質、高效電磁波吸收材料的優秀候選材料。這項研究工作以“Double-shellhollow glass microspheres@Co2SiO4 for lightweight andefficient electromagnetic wave absorption”為題發表在國際著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。
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
利用天線收集電磁波能量的技術是一個由來已久的研究方向，但利用電磁波來提供觸覺傳感的觸發源卻是一個新的研究切入點。這是該課題組首次提出的新器件設計，可為之前基于納米發電機的傳感技術提供輔助與支持。他們在實驗中發現通常被認為是電磁噪聲的環境電磁信號可以成為實現觸覺檢測的良好觸發源。觸覺識別是許多應用的關鍵技術，因此可視化的觸覺傳感有重要的研究意義。由兩個發光二極管(LEDs)組成的電路被設計為傳感器單元，人體接觸可以放大該電路中電磁波感應的靜電信號，從而增強LED的亮度。因此，基于這種策略可以實現觸覺的可視化傳感。在此基礎上，通過所制備的集成于手指上的可拉伸半透明微型傳感矩陣，實現了對微小物體觸碰點及物體形狀的傳感檢測，其最小有效檢測觸碰力可小于0.001牛頓。另外，基于這種傳感方法，結合具有良好拉伸性的導電水凝膠和彈性電極材料，研究人員同時展示了相應的器件對于滑動軌跡和壓力變化的檢測和可視化傳感，表明了該項傳感技術在實現不同目的應用上的良好適用性。電磁波普遍存在于我們的生活和工作環境，因而基于這種策略的觸覺傳感器有很大潛力被應用于許多領域，如工廠自動化、智能機器人、人機交互等。
【圖文導讀】
圖1. LED傳感器器件工作原理
a) 器件工作機制示意圖；
b) 當接觸節點被人體觸摸時，發光二極管的亮度變化；
圖2.
展開 通過仿真分析電磁表面波
人們對被限制在沿表面傳播的電磁波，例如表面等離激元(SPPs)，有很大的研究興趣，因為它在納米級光控制中有著潛在應用。在這篇文章中，我們將討論如何設置一個仿真來可視化表面等離激元的傳播以及頻率-波矢量色散關系。
表面等離激元簡介
電磁學的控制方程，也就是麥克斯韋方程組，可能看起來很簡單，但它們的含義卻極為廣泛和深刻。因此，傳播的電磁波可以以各種眾所周知的形式存在，如平面波、球面波、高斯波束，以及一些鮮為人知的形式，包括貝塞爾波束、艾里波束和渦旋波束。還有一些被限制在空間內傳播的電磁波，例如在金屬或介電波導中傳播的波導模式。
此外，還有一種特殊類型的被限制在平面上的電磁波。這種類型的波沿切向表面傳播，并在垂直方向上呈指數衰減。與相同頻率的自由空間波長相比，它的波長通常更小。因此，這種類型的波為光子的納米級控制和操作提供了一個潛在的技術平臺，從光通信和信息處理到太陽能收集和數字顯示，這在許多應用中都是需要的。這種類型的波是在金屬-介電界面上發現的，現在被稱為表面等離激元(SSP)。等離激元是指金屬中電荷的集體振蕩。自發現以來，人們已經了解到許多材料系統都支持這種類型的表面波，例如接近其聲子共振頻率的極性介電材料和接近其激子頻率的半導體材料。相應的表面波分別稱為表面聲子偏振子和表面激子偏振子。
無論支持的介質和微觀細節如何，不同類型的表面波背后的宏觀物理學是相似的。在下面的章節中，我們將重點討論介電和金屬界面之間的等離激元建模。然而，需要注意的是，本文所涉及的建模技術也可以通過一些適當的修改，以類似的方式應用在其他表面波，如 Sommerfeld-Zenneck 波和 Dyakonov 波。
最簡單的等離激元色散的推導
為了清楚地了解什么是表面等離激元，讓我們研究一下支持表面等離激元的最簡單的系統，即體金屬-介電界面。
展開 從電磁力波到噪聲：工程師如何"扼殺"電機的刺耳聲音？
電機電磁噪聲產生的原因大多如下所述：氣隙中存在各次諧波磁場，它們除產生切向力矩外，還會相互作用產生徑向電磁拉力，這種徑向力是一種行波，特稱之為徑向電磁力密度諧波或者徑向電磁力波，電磁力波作用于定子鐵心，導致定子鐵心徑向振動，定子徑向振動引起周圍空氣振動，從而產生電磁噪聲。
當電磁力波的階次低、幅值高，定子或者定子鐵心中存在該電磁力波相同階次和頻率接近的固有模態，該電磁力波會引起定子或者定子鐵心共振，從而導致高的電磁噪聲。
解決電磁噪聲問題，首先要準確分析和計算電磁力波。通過修改電機結構參數，削弱或者消除引起電磁噪聲的電磁力波是設計低噪聲電機最有效的方法。
iEmSim中“電磁穩態(網絡路法)”可以快速計算電磁力及其諧波，電磁力顯示形式包括：空間圖、時空圖、頻域圖、曲線圖、云圖、柱狀圖、數據表格、理論解析式說明表單、結論表單、動畫等。
氣隙徑向磁力以圖形展現如圖1至圖8所示。
氣隙徑向力波以文表形式展現如圖9、圖10和圖11所示。圖9和圖10中一行數據代表一個氣隙磁力密度諧波，圖9中每個氣隙徑向力波均包含：階次、頻率、幅值、相角、轉向。圖10顯示的是每個徑向力波的階次解析式和頻率解析式。圖11顯示的每行數據代表氣隙徑向磁力密度諧波與氣隙徑向磁密諧波對的對應關系，B(n)代表磁密諧波，n為該磁密諧波在磁密諧波數據表格中的序號。通過如圖9、圖10和圖11所示的數據可以查找分析出電磁力波產生所對應的結構參數和運行工況條件，修改結構參數，比如定子槽數、轉子槽數等，可以削弱或者消除某些電磁力波。
iEmSim幫助文檔中對電機電磁振動噪聲分析基本準則有詳細總結和闡述。
展開 電磁波時域有限差分方法
電磁波時域有限差分方法 /葛德彪, 閆玉波 .--西安 :西安電子科技大學出版社 ,2002
246頁, [4] 頁圖版 :圖 (部分彩圖) ;26cm .--(研究生系列教材 ),圖 (部分彩圖) ;圖 (部分彩圖)
西安電子科技大學研究生教材建設基金資助
ISBN:7-5606-1059-5 :CNY20.00
本書共有11章, 討論FDTD基本原理, 介紹Yee元胞及FDTD基本方程, 數值穩定性, 吸收邊界條件, 常用入射波形式及其引進方法等。
Ⅱ.①葛德彪 閆玉波 Ⅲ.①電磁波 Ⅳ.①O441.4 /22
展開 25，調控電磁波的傳播方向1-使用石墨烯調制雙曲材料等頻線實現負折射 ￥2500
論文重點：通過給石墨烯施加不同的電壓，實現了電磁波從正折射到負折射的轉變。
模型介紹：
作者在雙曲材料MoO3上一半區域覆蓋上石墨烯。然后在沒有覆蓋石墨烯的MoO3上面放上一個金納米棒，讓平面電磁波激發出金納米棒的偶極共振，偶極共振在雙曲材料上傳播，其波前為雙曲線，表明波是發散的。但是當波穿越同上一定電壓的石墨烯后，波前變為橢圓，表面波匯聚了。作者將石墨烯費米能級EF從0加到0.66eV，實驗上和仿真上都觀測到了波從發散到匯聚的現象，這個現象的本質是波的傳播從正折射轉變為負折射了，實現了正負折射的可調可控轉變。
下面是使用comsol繪制的動態圖
下面是我對正文圖片中仿真結果的復現
圖2
圖3
最后是付費內容，包含上面展示的所有復現結果，即論文圖2cd,圖3d的復現，如下。
展開 
模擬電磁波問題中的金屬物體——選擇合適的邊界條件
金屬是一種高導電材料，能夠非常好地反射入射的電磁波—光、微波及無線電波。當通過 RF 模塊和波動光學模塊模擬頻域電磁波問題時，您可以通過其中的幾個選項來模擬金屬物體。這里，我們將介紹阻抗、過渡邊界條件和完美電導體邊界條件，并說明每類條件何時使用。
什么是金屬？
對于什么是金屬這個問題，我們可以從用于求解電磁波問題的 Maxwell 控制方程組開始。考慮以下頻域形式的 Maxwell 方程組：
出于本文的討論目的，我們將假設集膚深度相對較小且有損耗的材料都是金屬。有損耗材料指任何介電常數或磁導率為復數值、或電導率非零的材料。也就是說，有損耗材料會向控制方程引入一個虛數值項。這會在材料內產生電流，集膚深度是電流進入材料內深度的測量指標。
工作頻率非零時，電磁感應都會將有損耗材料中的電流推向邊界處。集膚深度是指電流減小到 63% 時進入材料的距離，可以通過以下公式計算：
在極高的頻率（接近光學波段）下，材料接近等離子共振，我們實際上會通過復數值介電常數來表征金屬。但當在低于這些頻率下對金屬進行模擬時，我們可以假設介電常數為一、磁導率為實數值，電導率非常高。因此上述方程可以簡化為：
不過在您開始利用 COMSOL Multiphysics 進行模擬前，首先應計算或粗略估算所有模擬材料的集膚深度。集膚深度和零件尺寸信息，這兩點將確定能否使用阻抗邊界條件或過渡邊界條件。
阻抗邊界條件
如果集膚深度遠小于物體，就可以使用阻抗邊界條件。
過渡邊界條件
過渡邊界條件 (TBC) 適用于模擬物體的厚度與特征尺寸和曲率相比較小的導電材料層。即使厚度是集膚深度的數倍，還是可以使用 TBC。
展開 利用Lumerical FDTD探究隨機摻雜混凝土層對于毫米波的電磁響應
單一摻雜下的毫米波透射譜線圖
總結：針對不同摻雜參數下的混凝土墻壁，FDTD軟件提供了可行可靠的電磁波分析方法，內置的隨機散射體組建可以輕松實現不同雜志的隨機空間分布。
最后，有相關仿真需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
《電磁波時域有限差分方法（第二版）》
【目錄】
第一章 引言
1.1 FDTD的發展及應用
1.1.1 對FDTD的簡單回顧
1.1.2 FDTD的應用
1.2 FDTD基本點及FDTD計算區
1.3 本書目的和內容
參考文獻
第二章 麥克斯韋方程及其FDTD形式
2.1 麥克斯韋方程和Yee元胞
2.2 直角坐標中的FDTD：三維情形
2.3 直角坐標中的FDTD：二維情形
2.4 直角坐標中的FDTD：一維情形
2.5 介質界面電磁參數選取
參考文獻
第三章 數值穩定性
3.1 時間離散間隔的穩定性要求
3.2 Courant穩定性條件
3.3 數值色散對空間離散間隔的要求
3.4 差分近似后的各向異性特性
參考文獻
第四章 吸收邊界條件
4.1 Engquist Majda吸收邊界條件
4.2 一階和二階近似吸收邊界
4.2.1 一階近似吸收邊界條件
4.2.2 二階近似吸收邊界條件
4.3 二維Mur吸收邊界條件的FDTD形式
4.4 二維角點的處理
4.5 三維吸收邊界條件及其FDTD形式
4.6 棱邊及角頂點的特殊考慮
4.7 Berenger完全匹配層
4.7.1 PML介質中的波方程
4.7.2 平面波在PML中的傳播特性
4.7.3 平面波在PML/PML介質分界面的傳播
4.7.4 介質層設置
4.7.5 指數差分
4.7.6 點源輻射的檢驗
4.7.7 三維情形PML介質中的波方程
4.8 各向異性介質完全匹配層
4.8.1 平面波入射到單軸介質時的反射和透射波
4.8.2 無反射條件
4.8.3 PML中的FDTD計算步驟
4.8.4 PML的設置
參考文獻
第五章 FDTD中常用激勵源
……
第六章 近—遠場外推
第七章 網格剖分技術
第八章 FDTD計算平面界面時的電磁波傳播
第九章 FDTD計算電磁散射
第十章 FDTD計算天線輻射
第十一章 FDTD的若干進展
附錄一 傅立葉變換及離散傅立葉變換
展開 這些物理現象顛覆了我的世界觀，前所未有…（轉載）
講得淺顯一點就是，改變我們所處的物理空間，保持電磁波的空間不變。
比如隱身衣，從電磁波的角度來看，它所處的空間是沒有變化的，所以它感覺不到變換前后的差別，所以它就不能分辨有沒有物體在隱身衣之內。但是從我們的空間來看，變換前后的空間是完全不一樣的，變換后，空間中有一個”洞“，這個“洞”就可以隱藏物體。
從數學上來說，變換前后，在隱身衣外面的麥克斯韋方程的解釋一致。這并沒有違背唯一性定理，因為唯一性定理描述的是各項同性介質的情況。而隱身衣的構成恰好是各向異性介質。
隱身衣應該算是變換光學帶來的最有意思的東西。第一次從數學上證明了隱身衣的可能性。當然還有其他的應用。
隱身衣
注意電磁波繞過了一個物體，好像這個物體對于它不存在一樣。
電磁波聚集器
半徑為c的圓圈內的電磁波都聚集在半徑為a的圓圈內。注意外面的電磁波不受影響。
電磁波轉向器
半徑為a的圓圈內的場旋轉了90°。注意外面的電磁波不受影響。
超散射
在星星外面罩一個”面包圈“，使它看上去放大了幾倍。注意是360°無死角放大，跟放大鏡不一樣。
看不見的波導
顧名思義，所有的光在遇到這個器件的時候，都有去無回。
光學黑洞實際上是用電磁材料來控制電磁波的路徑，來模擬光掉進黑洞時的路徑變化。從這個角度來說還是挺有意思的。
還有很多別的應用，我就不列舉了。通過變換光學可以自由的操作電磁波，這是跟人們以往的想法是不一樣。
#電磁波通過一個很小的波導隧穿過去
比如這樣，電磁波照理來說在經過一個很小的通道時大部分能量會反射回去。但是在這個窄道里填充介電常數為零的介質后，電磁波竟然全部隧穿過來了。這里涉及到折射率為零的材料，電磁波在狹窄的波導里面，以無窮的相速度傳播。
#超透鏡
光學顯微鏡有衍射極限，大約為波長的二分之一，這個大家都知道。
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