CN106622067B - 构建复杂多域非均匀电场的物理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其包括一腔体，腔体内具有内部产生的和/或外部施加的电场分布，腔体的容置空间内容置有可以使电场分布依期望改变的一个或多个有形的子区域物，部分或全部相邻子区域物之间和/或子区域物内部具有空隙，子区域物与腔体壁之间也可具有空隙，子区域物在腔体内产生新的电场或是单纯地改变局域电场分布，使腔体内形成复杂多域电场分布。本发明的构建复杂多域非均匀电场的物理系统能够在腔体内子区域物的周围形成预期的复杂非均匀电场。

Description

构建复杂多域非均匀电场的物理系统
技术领域
本发明涉及一种生成非均匀电场的系统，具体涉及一种构建具特定性能的复杂多域非均匀电场的物理系统。
背景技术
目前构建具有特定性能非均匀电场的方法中，主要是通过设计适当的电极形状，优化电极相对位置、布局及整体构造等来实现。这在许多情况下，为达到预期效果，会涉及到复杂的异型结构以及非常精细的加工，从而工艺复杂，成本很高，难以实现，也难以投入实际应用。如何解决这个问题具有重要的现实意义。
通过检索，尚未发现与本发明相关的公开文献。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其包括腔体，所述腔体内具有内部产生的和/或外部施加的电场分布，腔体的容置空间内容置有可以使电场分布依期望改变的一个或多个有形的子区域物，部分或全部相邻子区域物之间和/或子区域物内部具有空隙，所述子区域物与腔体壁之间也可具有空隙(即可以具有空隙，也可以没有空隙)，所述子区域物在腔体内产生新的电场与原电场叠加或是单纯地改变局域电场分布，使所述腔体内形成复杂多域电场分布；
所述子区域物为能够改变电场分布或改变局域电场的强度与方向的物质、物质组合或装置；
当所述子区域物为物质或物质组合时，所述子区域物的材料包括正介电常数材料和/或者负介电常数材料且具有如下特征：
当所述子区域物为多个且所述子区域物为金属时，所述子区域物相互之间接触或者不接触；
当所述子区域物为金属与电介质的混合物时，所述金属散布于电介质之间；
当所述腔体的部分或者全部容置空间内的子区域物为多个且该多个子区域物全为电介质时，部分或者全部子区域物与周围子区域物有接触且接触面积不大于其自身面积的50％。
本发明高效地解决了现有技术中存在的相关问题，本发明使构造预期效能的复杂多域非均匀电场变得十分方便，极大地利于相关科学工程的实施。本发明所述的物理系统通过在腔体内设置子区域物，子区域物在腔体内产生新的电场与原电场叠加或是单纯地改变局域电场分布，很方便地在腔体内构造出符合预期的多域复杂非均匀电场。
所述子区域物为可改变电场分布或改变局域电场的强度与方向的物质、物质组合或装置。保证了形成非均匀电场的结构的多样性。
所述子区域物的材料包括正介电常数材料和/或者负介电常数材料，子区域物可以是正介电常数材料，也可以是负介电常数材料，也可以是正介电常数材料和负介电常数材料的组合。子区域物可以是金属，可以是电介质，也可以是金属与电解质的混合，扩展了适用性；当所述子区域物为金属与电介质的混合物时，保证多域复杂非均匀电场的形成。
当所述子区域物为多个且所述子区域物为金属时，所述子区域物相互之间接触或者不接触，扩展了适用性。当所述子区域物为多个且所述子区域物为电介质时，部分或者全部子区域物与周围子区域物有接触且接触面积不大于其自身面积的50％，保证了足够多的空隙，从而形成更多复杂非均匀电场的分布区域。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述腔体内或腔体壁上设有至少一个正电极和至少一个负电极，正、负电极之间的电场的全部或部分覆盖腔体的容置空间。从而在腔体内形成电场。
在本发明的另一种优选实施方式中，当所述子区域物为一个时，所述子区域物可以为电介质；当所述子区域物为多个时，部分或全部子区域物可以为电介质，所述电介质的介电常数>10或者<0，对介电常数的选择，保证子区域物在腔体内产生新的足够大的电场与原电场叠加或是单纯地改变局域电场分布，高效地在腔体内构造出符合预期的多域复杂非均匀电场。
通过采用子区域物改变电场分布和局部场强，使子区域物的周围形成预期的非均匀电场。
在本发明的一种优选实施方式中，所述腔体内的子区域物的结构、形状、大小、性质相同，或不完全相同或完全不相同。通过选择子区域物的结构、形状、大小、物理化学性质，进而实现符合预期的非均匀电场分布。
在本发明的一种优选实施方式中，所述子区域物为一体结构，所述子区域物内具有空隙。
所述腔体内的子区域物可以为多个分离的独立子区域物，这种情况下，在全部或部分子区域物之间和/或子区域物内有空隙；所述腔体内的子区域物也可以是一个或多个较大的体结构子区域物，这种情况下，所述子区域物内有空隙。在子区域物之间或子区域物内的空隙内形成非均匀电场。
在本发明的一种优选实施方式中，所述子区域物的表面为有限个数的平面和/或曲面相连形成。可以是任意的形状。
在本发明的一种优选实施方式中，独立的子区域物之间以及独立子区域物与电极之间绝缘，无电荷迁移。
在本发明的另一种优选实施方式中，部分的独立子区域物之间或部分的独立子区域物与电极之间非绝缘，有电荷迁移。
本发明子区域物的设计，使电荷迁移与否具有多种选择，由此可以形成多种非均匀电场分布。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述腔体具有入口和出口，所述腔体内的空隙形成至少一条从入口至出口的通道。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一种优选实施方式中构建复杂多域非均匀电场的物理系统的结构示意图；
图2为本发明另一种优选实施方式中构建复杂多域非均匀电场的物理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种构建复杂多域非均匀电场的物理系统，如图1、图2所示，其包括腔体1，在本实施方式中，腔体1可以是任意形状，任意大小、任意材质，具体可根据实际应用情况选择，优选采用密封性好的绝缘材料。腔体1可以为一个独立腔体也可以由多个子腔体组合而成，腔体1内具有内部产生的电场分布，或者具有外部施加的电场分布，或者兼具有内部产生和外部施加的电场分布。
在本发明的一种优选实施方式中，腔体1内的电场为内部产生方式，例如在腔体1内或腔体壁上设有至少一个正电极2和至少一个负电极3，正、负电极加电压，所形成的电场的全部或部分覆盖腔体的容置空间，在腔体壁和腔体的外部可以有部分电场泄露。当然，在腔体内也可以有部分区域(不能是全部)没有被电场覆盖。需要注意的是，任何情况下，正电极和负电极之间不能短路。
在本发明的另一种优选实施方式中，腔体内的电场为外部施加的电场，具体可以为但不限于将腔体置于外部电场中。
腔体的容置空间内容置有可以使电场分布依期望改变的一个或多个有形的子区域物4。在本实施方式中，子区域物为固体或者是由有形包裹物包覆的液体，具体的有形包裹物可以是固体金属或者电介质。在本实施方式中，子区域物4可以为任意的形状，这些子区域物4的表面可以为但不限于由有限个数的平面和/或曲面相连形成。具体可以为但不限于球体、柱体、多面体等形状，例如图1、图2中所示的形状。
在本实施方式中，子区域物可以是一个整体，该表观为一个整体的子区域物内具有空隙；子区域物也可以是多个分离的子区域物4(多个独立的子区域物)，全部或者部分的独立子区域物4之间和/或部分或全部子区域物内具有空隙；独立的子区域物4与腔体壁之间也可以具有空隙。子区域物在腔体内的空隙产生新的电场(子区域物可以是被动产生新的电场也可以是主动产生新的电场)或是单纯地改变局域电场分布(例如子区域物只是对电磁场的传播有影响)，使腔体内形成复杂多域电场分布。具体腔体内的空隙为子区域物4之间的空隙、子区域物4内的空隙、子区域物4与电极之间的空隙、子区域物4与腔体内壁之间的空隙四者之一或任意组合。
在本实施方式中，子区域物为能够改变电场分布或改变局域电场的强度与方向的物质、物质组合或装置。
在本发明与以上实施方式组合或者另外的优选实施方式中，当子区域物为物质或者物质组合时，子区域物的材料包括正介电常数材料和/或者负介电常数材料，即子区域物可以是正介电常数材料，也可以是负介电常数材料，也可以是正介电常数材料和负介电常数材料的组合。具体子区域物可以为金属；可以为电介质；也可以为金属与电介质的混合，具体可以为独立的金属子区域物与独立的电介质子区域物混聚在一起，也可以是金属与电介质混合形成一个子区域物。不同材料的选择，扩展了适用性。当子区域物为多个且所述子区域物为金属时，子区域物相互之间接触或者不接触；当子区域物为金属与电介质的混合物时，金属散布于电介质之间；当腔体的部分或者全部容置空间内的子区域物为多个且该多个子区域物全为电介质时，部分或者全部子区域物与周围子区域物有接触且接触面积不大于其自身面积的50％，保证多域复杂非均匀电场的形成，在本发明更加优选的实施方式中，在电介质作为子区域物时，电介质的介电常数>10或者<0。需要说明的书，本专利中指出的介电常数均是指相对介电常数。在本实施方式中，腔体1内子区域物4在结构、形状、大小、物理化学性质这四个方面相同，或不完全相同或完全不相同。通过选择子区域物的结构、形状、大小、物理化学性质，进而实现符合预期的非均匀电场分布。例如，可以在腔体内设计内部分层的子区域物或者多个子区域物形成的分层堆集，每一层的物理化学性质不同(例如介电常数不同或体积形状等可随外部环境发生变化，进而影响其对局域场的调整，等等)，从而在在不同层形成强度水平等方面性能不同的非均匀电场。
在本实施方式中，在有些情况下，当子区域物为一个时，子区域物为电介质或电介质的组合；当子区域物为多个时，部分或全部的子区域物为电介质或电介质的组合。具体可以通过选择子区域物的电性能、设置子区域物的形状、大小和间隔，使电场按期望的方式改变。在本实施方式中，改变局域电场强度与方向的装置可以是独立的依靠其物理或者化学特性能够对局部场的强度和方向发生改变的装置，例如，通过反射或折射电磁波从而对电磁场产生影响的装置；或者是可以通过改变自身形状对电场分布产生影响，从而达至复杂多域非均匀电场分布；或者是偶极矩随外部环境(电场或压力等)发生变化的电偶极子，随着正、负电荷中心距离的变化，电偶极子产生非均匀变化的电场，等等。
以上只是对本发明改变局域电场强度与方向的装置的举例，由于无法采用穷举的方式，依据本发明的思想，在本发明的指引下，本领域技术人员能够直接毫无疑义的得到的改变局域电场强度与方向的装置，都在本发明的保护范围之内，例如采用如下原理的装置：在外电场的作用下被动产生附加电场；或设置于电磁场的传播路径上以改变电磁场的传播；或通过改变自身形状对电场分布产生影响；或其自身能主动产生附加电场，等等。
在本实施方式中，子区域物之间可以有电荷移动，也可以没有电荷移动。在本发明的优选实施方式中，独立的子区域物之间以及独立子区域物与电极之间无电荷迁移。在本发明的另一种优选实施方式中，部分独立的子区域物之间或部分独立的子区域物与电极之间有电荷迁移。
在本实施方式中，如图2所示，腔体可以有开口，也可以如图1所示没有开口，在本发明的优选实施方式中，腔体可以具有入口5和出口6，腔体1内的空隙形成至少一条从入口5至出口6的流体通道。在该实施方式中，入口5和出口6的位置可以互换。
本发明的构建复杂多域非均匀电场的物理系统能够在腔体内子区域物的周围形成具有所期望性能的复杂非均匀电场。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，包括腔体，所述腔体内具有内部产生的和/或外部施加的电场分布，腔体的容置空间内容置有能够使电场分布依期望改变的一个或多个有形的子区域物，部分或全部相邻子区域物之间和/或子区域物内部具有空隙，所述子区域物与腔体壁之间具有或者不具有空隙，所述子区域物在腔体内产生新的电场或是单纯地改变局域电场分布，使所述腔体内形成复杂多域电场分布；
所述子区域物为能够改变电场分布或改变局域电场的强度与方向的物质、物质组合或装置；
当所述子区域物为物质或物质组合时，所述子区域物的材料包括正介电常数材料和/或负介电常数材料且具有如下特征：
当所述子区域物为多个且所述子区域物为金属时，所述子区域物相互之间接触或者不接触；
当所述子区域物为金属与电介质的混合物时，所述金属散布于电介质之间；
当所述腔体的部分或者全部容置空间内的子区域物为多个且该多个子区域物全为电介质时，部分或者全部子区域物与周围子区域物有接触且接触面积不大于其自身面积的50％；
在电介质作为子区域物时，所述电介质的介电常数>10或者<0。
2.根据权利要求1所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，在所述腔体内或腔体壁上设有至少一个正电极和至少一个负电极，正、负电极之间的电场的全部或部分覆盖腔体的容置空间。
3.根据权利要求1所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，所述腔体内的子区域物在结构、形状、大小、性质这四个方面相同，或不完全相同或完全不相同。
4.根据权利要求1所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，所述子区域物的表面为有限个数的平面和/或曲面相连形成。
5.根据权利要求1所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，所述子区域物为一体结构，所述子区域物内具有空隙。
6.根据权利要求2所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，独立的子区域物之间以及独立子区域物与电极之间绝缘，无电荷迁移。
7.根据权利要求2所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，部分的独立子区域物之间或部分的独立子区域物与电极之间非绝缘，有电荷迁移。
8.根据权利要求1所述的构建复杂多域非均匀电场的物理系统，其特征在于，所述腔体具有入口和出口，所述腔体内的空隙形成至少一条从入口至出口的通道。
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