基于碳纳米管吸波材料减少手机辐射对人体影响的建模与仿真

摘要

本文研究了碳纳米管复合物吸波材料在手机电磁辐射防护中的作用。随着手机的普及，如何减少手机辐射对人体造成的危害，已成为当今社会人们普遍关心的问题之一，此方面的研究具有很重要的应用价值。
　　 利用时域有限差分法，结合手机辐射电磁模型和人体生物电磁模型，分别模拟计算了在手机前面涂敷碳纳米管复合物吸波材料前后人体内不同组织对手机电磁辐射的吸收值SAR和天线的辐射方向图。主要工作概述如下：
　　 首先，在查阅大量文献的基础上，综述了手机电磁辐射的危害及在如何减少手机电磁危害方面国内外研究历程与现状，阐述了新兴的吸波材料碳纳米管在吸收电磁波方面的优越性能和时域有限差分法FDTD（Finite-Difference Time-Domain）在模拟计算天线与人体相互作用方面的灵活性和有效性，进而提出本文的研究内容、研究思路和研究方法。
　　 其次，介绍了与本课题相关背景理论，包括电磁场生物效应、时域有限差分法，吸波材料的基本理论，重点分析了碳纳米管吸波材料，并使用矢量网络分析仪测试了碳纳米管/聚乙烯蜡复合物在850-950MHz和1800-1900MHz频段的电磁参数。
　　 然后，应用基于时域有限差分法的软件X-FDTD，对手机和人体进行建模。其中将手机等效为长方体金属，单极天线置于手机表面一角处；人体模型采用美国可视化人体工程（VHP）简化模型，包括头部和肩膀，由皮肤、脂肪、肌肉、骨骼、血液、眼球和大脑7种组织构成。网格化大小为5mm×5mm×5mm，模拟计算区域大小为144×109×110个网格，采用完全匹配层（PML）做为吸收边界条件。在900MH下模拟分析了CNTs2040、CNTs4060和CNTs60100三种碳纳米管/聚乙烯蜡复合物吸波材料对人体吸收手机电磁辐射剂量SAR的影响；在1800MHz下模拟分析了CNTs1020、CNTs2040、CNTs4060和CNTs60100四种碳纳米管/聚乙烯蜡复合物吸波材料对人体吸收手机电磁辐射剂量SAR的影响。皆计算出了人头内不同组织对手机电磁辐射的吸收剂量SAR和天线辐射方向图。分析结果表明：在手机前面涂敷一层碳纳米管复合物吸波材料，能明显降低人体吸收的手机电磁辐射剂量SAR值，并且天线的辐射方向图受影响较小，在可接受的范围内。
　　 最后，在结尾处提出了本文的不足与一些参考意见。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究意义和背景

1.2 研究方法比较

1.2.1 试验法

1.2.2 解析法和数值计算法

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要工作

第二章 时域有限差分法分析

第三章 电磁场生物效应概述

3.1 生物电磁学

3.2 电磁辐射的生物效应

3.2.1 生物组织的电磁特性

3.2.2 热效应与非热效应

3.3 电磁辐射剂量学

3.4 电离辐射安全标准

3.5 本章小结

第四章 碳纳米管吸波材料及电磁参数测试

4.1 吸波材料的基本理论

4.2 碳纳米管吸波特性

4.2.1 碳纳米管的结构及分类

4.2.2 碳纳米管的吸波机理

4.3 碳纳米管/聚乙烯蜡复合物电磁参数测试

4.3.1 原材料与设备

4.3.2 样品的制备

4.3.3 电磁参数测试

4.4 本章小结

第五章 手机和人体电磁模型建立

5.1 XFDTD软件简介

5.2 手机辐射频谱分析

5.3 构建手机与人体电磁模型

5.4 本章小结

第六章 模拟计算分析

6.1 引言

6.2 900 MHz下模拟计算分析

6.2.1 电磁辐射剂量

6.2.2 天线辐射方向图

6.2.3 结果分析

6.3 1800 MHz下模拟计算分析

6.3.1 电磁辐射剂量

6.3.2 天线辐射方向图

6.3.3 结果分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢