專利名稱：組合介電材料,使用該材料的固體器官模型及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合介電材料，該材料可在微波頻帶用作模擬人體的固體器官模型。
對(duì)在人體附近使用的電磁波發(fā)生裝置，如便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)電磁波很可能受到人體的干擾，盡管這類干擾隨電磁波的波長(zhǎng)變化，還發(fā)現(xiàn)電磁波很容易被人體吸收。因此，有必要弄清楚電磁波與人體之間的相互關(guān)系。然而，關(guān)于電磁波對(duì)人體的影響，不可能進(jìn)行定量測(cè)定，因此很難進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)閷?duì)人體的實(shí)際評(píng)價(jià)表明，某一人體的各種參數(shù)不同于另一個(gè)人。而且，因?yàn)椴豢赡軐?duì)一個(gè)人體連續(xù)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期的測(cè)定，事實(shí)上是不允許直接觀察和評(píng)價(jià)電磁波在人體內(nèi)的行為。由于這一原因，人們一直使用器官模型，即模擬的器官模型，以推斷和分析電磁波對(duì)人體的作用，來(lái)進(jìn)行要求的觀察和評(píng)價(jià)。
過(guò)去，作為用于形成上面討論的器官模型的材料，一直使用包含氯化鈉水溶液、聚乙烯粉末和膠凝劑的半流動(dòng)材料。然而，隨著時(shí)間的推移，半流動(dòng)材料會(huì)在其表面干燥，濕組分會(huì)從材料內(nèi)部分離，這些都是不合乎要求的。因此，霉菌將會(huì)繁殖，必須制備容器來(lái)保持半流動(dòng)材料的形狀，給這種材料的加工操作帶來(lái)困難。
為解決上述問(wèn)題，日本未審查專利公報(bào)4-109508已經(jīng)公開(kāi)了一種組合介電材料，通過(guò)將碳粉和高介電常數(shù)的陶瓷粉末分散在整個(gè)氟樹(shù)脂中可形成這種材料(在先技術(shù)實(shí)施例1)，在日本未審查專利公報(bào)4-114631中公開(kāi)了生產(chǎn)上述材料的方法。日本未審查專利公報(bào)8-239513公開(kāi)的組合介電材料是通過(guò)將碳纖維分散在橡膠中形成的(在先技術(shù)實(shí)施例2)。使用這兩種組合介電材料，已實(shí)現(xiàn)了模擬器官的固體化，從而解決了半流動(dòng)材料存在的上述問(wèn)題。
然而，對(duì)上述組合介電材料和固體器官模型，發(fā)現(xiàn)還存在下列問(wèn)題首先說(shuō)明上面的在先技術(shù)實(shí)施例1。該實(shí)施例1中，當(dāng)使用熱塑性氟樹(shù)脂制備固體器官模型時(shí)，所需采用的方法為，通過(guò)注塑成型形成許多片形元件，將一個(gè)片形元件疊加在另一個(gè)片形元件上形成塊狀組合件，并適當(dāng)?shù)厍懈顗K狀組合件，獲得要求的模型形狀。因此，這種固體器官模型的生產(chǎn)方式產(chǎn)率低，每個(gè)模型需要較長(zhǎng)的生產(chǎn)周期，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。
下面描述上面的在先技術(shù)實(shí)施例2。由于在先技術(shù)實(shí)施例2的固體器官模型是通過(guò)將百分之幾重量的碳纖維分散在整個(gè)橡膠中，而且是在微波頻帶獲得相當(dāng)于真實(shí)器官的高的電性能，因此發(fā)現(xiàn)有下列問(wèn)題(1)由于電性能受到碳纖維取向的影響，固體器官模型的電性能有不合乎要求的各向異性。
(2)由于分散到整個(gè)橡膠時(shí)碳纖維會(huì)斷裂，很難對(duì)分散條件進(jìn)行必要的控制。
(3)僅僅由于碳纖維的加入量存在1％(重量)的差別，就會(huì)使電性能有幾倍于原來(lái)性能的變化，很難對(duì)組成進(jìn)行要求的控制。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種組合介電材料，其電性能為均勻和穩(wěn)定的，因此可以用這種材料在較短時(shí)間和較低生產(chǎn)成本，大量生產(chǎn)固體器官模型。
本發(fā)明一個(gè)較好的實(shí)施方案提供的組合介電材料包含40-90％(體積)的熱固性樹(shù)脂；10-60％(體積)導(dǎo)電粉末，所述樹(shù)脂和粉末的總量為100％(體積)。
根據(jù)上述組成，所述的組合介電材料可以獲得和人體在微波頻帶的介電常數(shù)相同的大介電常數(shù)，由于這樣的組合介電材料在室溫下為固體，使用時(shí)很容易操作，因此能確保獲得均勻和穩(wěn)定的電性能。而且，由于該熱固性樹(shù)脂與一種基體樹(shù)脂混合，可以進(jìn)行注塑成型，確保以較短的時(shí)間和提高的生產(chǎn)率，大量生產(chǎn)組合介電材料。
本發(fā)明第二個(gè)較好的實(shí)施方案提供的組合介電材料包含40-90％(體積)的熱固性樹(shù)脂；50％(體積)或更少，不包括0％(體積)的介電陶瓷粉末；和10-60％(體積)的導(dǎo)電粉末，所述樹(shù)脂、介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末的總量為100％(體積)。
即使不加入上述介電陶瓷粉末，仍可能獲得和人體相同的介電性能。然而，通過(guò)在上述材料中加入介電陶瓷粉末，能容易地調(diào)節(jié)所述材料的電性能，獲得的組合介電材料的介電性能可以方便地進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明第三個(gè)較好的實(shí)施方案提供了固體器官模型，它是包含上述組合介電材料的成型體。
使用上面的固體器官模型，可以將該模型用作室溫下的固體模擬人體，確保易于測(cè)定電磁波對(duì)真實(shí)人體的作用。
上述固體器官模型具有模仿人體至少部分輪廓的大致為人體構(gòu)型的形狀。
這樣，通過(guò)模仿所測(cè)人體的至少部分輪廓，形成大致為人體構(gòu)型的形狀，可以獲得比幾何形狀成型體更正確的模擬人體數(shù)據(jù)。
上述固體器官模型中，大致人體構(gòu)型的形狀可以包括活動(dòng)的關(guān)節(jié)部分。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)和排列，模型可以獲得一定自由度，構(gòu)成要求的姿勢(shì)，并且這樣的模型適用于各種條件，不必考慮電磁波發(fā)生器的形狀，因此，可以在非常接近一個(gè)人使用通訊設(shè)備的實(shí)際情況下，獲得要求的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第四個(gè)較好的實(shí)施方案提供了制造固體器官模型的方法，該方法包括下列步驟混合和捏合介電陶瓷粉末、導(dǎo)電粉末和熱固性樹(shù)脂獲得捏合的混合物；將該混合物注入成型模具，進(jìn)行熱固化處理形成預(yù)定形狀的成型部件；將多個(gè)所述成型部件組裝為預(yù)定結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述方法，即使成型部件為復(fù)雜構(gòu)型，也能在很短的時(shí)間內(nèi)方便地進(jìn)行成型。而且，通過(guò)分別形成固體器官模型的各個(gè)部件，這些模型部件實(shí)際上只是部分成型件，它們相互之間可以獨(dú)立地活動(dòng)。
參考附圖，由下面本發(fā)明的描述可理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)施方案的固體器官模型的正視圖。
圖2是根據(jù)上述的實(shí)施方案的固體器官模型的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明的第二個(gè)較好的實(shí)施方案的固體器官模型的正視圖。
圖4是測(cè)量天線發(fā)射特性的方法的示意圖。
圖5是測(cè)量SAR的方法的示意圖。
本發(fā)明的組合介電材料可通過(guò)將介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末混入熱固性樹(shù)脂中形成。這樣的組合介電材料在微波頻帶具有和人體相同的介電常數(shù)。應(yīng)注意到，所謂的在微波頻帶具有和人體相同的介電常數(shù)指的是在測(cè)量頻率為1GHz條件下，相對(duì)介電常數(shù)(εγ′)為5-80，介電損耗(tanδ)為0.1-1.0。
對(duì)作為上述熱固性樹(shù)脂的所述樹(shù)脂沒(méi)有任何限制，只要該樹(shù)脂可以熱固化，例如環(huán)氧樹(shù)脂、氨基甲酸酯樹(shù)脂和硅樹(shù)脂。而且，復(fù)合介電材料中熱固性樹(shù)脂的含量為40-90％(體積)，較好為40-60％(體積)。
對(duì)上述介電陶瓷粉末沒(méi)有任何具體限制，只要上述粉末的介電常數(shù)在一定范圍內(nèi)。更具體而言，所述介電陶瓷粉末可以是鈦酸鋇、鈦酸鍶或氧化鈦。介電陶瓷粉末的加入量為0-50％(體積)，較好為0-25％(體積)。
對(duì)上述導(dǎo)電粉末，可以使用碳粉(如石墨和炭黑)，鍍金屬的塑料粉末或金屬粉末。這種類型的導(dǎo)電粉末的加入量為10-60％(體積)。事實(shí)上，對(duì)介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末的粒度和形狀都沒(méi)有任何限制。
由組合介電材料可以形成本發(fā)明的固體器官模型。對(duì)形成所述固體器官模型的方法沒(méi)有任何限制，只要這種方法能夠獲得要求形狀的模型。但是，從所述模型成型的精確和難易程度考慮以及成型時(shí)間考慮，優(yōu)選采用注塑成型法。就固體器官模型的形狀而言，可以采用組合件，通過(guò)將包括頭、手、手臂和身體軀干的成型部件組裝在一起形成。還可以將成型部件結(jié)構(gòu)成球體、橢球體、固體圓柱體、固體橢圓柱體形狀。而且，將這些部件組合在一起時(shí)，可以直接將成型部件相互結(jié)合在一起處于組合位置。還可以通過(guò)必要的連接部件將成型部件組合在一起。另一方面，要求用與電磁波幾乎沒(méi)有作用的材料形成連接部件。例如，可以使用諸如聚碳酸酯樹(shù)脂、尼龍和丙烯酸樹(shù)脂的塑料材料。對(duì)上述一些與電磁波測(cè)定毫無(wú)關(guān)系的成型部件，這類成型部件不必由上述的組合介電材料制造。例如，相應(yīng)于人體的手臂部分的成型部件，可以用塑料材料制造。
由下面的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的組合介電材料和固體器官模型。
第一優(yōu)選實(shí)施方案按照下面的方式制備本發(fā)明組合介電材料。
首先，制備直鏈脂族縮水甘油醚(它是環(huán)氧樹(shù)脂)作為熱固性樹(shù)脂，以及脂環(huán)族胺作為硬化熱固性樹(shù)脂的硬化劑。環(huán)氧樹(shù)脂與硬化劑以3∶1的比例混合，獲得一種兩液體混合的樹(shù)脂。
然后，制備介電陶瓷粉末，該粉末為BaO-CaO-ZrO-MgO-TiO陶瓷，1kHz時(shí)的相對(duì)介電常數(shù)(εγ′)為1000，介電損耗(tanδ)為0.01，平均粒度為25μm。
之后，以碳粉作為導(dǎo)電粉末，其電阻率為1500μΩ·cm，平均粒度為25μm。
隨后，根據(jù)表1所示的組成，混合兩液體混合樹(shù)脂、介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末，獲得一個(gè)混合物。然后，在真空條件下捏合所獲的混合物，以除去可能存在于混合物中的空氣泡，再在真空條件下注塑為外徑7mm，內(nèi)徑3mm，長(zhǎng)5mm的圓管形試驗(yàn)件，隨后在100℃加熱2小時(shí)硬化該混合物，獲得要求的組合介電材料。
在1GHz頻率條件下測(cè)定所獲組合介電材料的相對(duì)介電常數(shù)(εγ′)和介電損耗(tanδ)，測(cè)定結(jié)果列于表1。表1中，標(biāo)志“×”代表所獲得的其介電性能與人體不一致的介電材料，或那些不能成型為預(yù)定形狀的介電材料。標(biāo)志“△”代表獲得的其相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗均在人體介電性能范圍內(nèi)的那些介電材料，即相對(duì)介電常數(shù)為5-80，介電損耗為0.1-1.0的材料。標(biāo)志“○”代表獲得的其相對(duì)介電常數(shù)為20-70，介電損耗為0.2-0.8的介電材料，可以保證這類材料能充分用于形成模擬人體。標(biāo)志“○○”代表獲得的由標(biāo)志“○”表示的介電材料中介電性能非常接近人體介電性能，即與人體的水含量高的肌肉組織極相似的那些介電材料，其相對(duì)介電常數(shù)為40-60，介電損耗為0.3-0.6。然而，表1中，標(biāo)志“*”代表獲得的其有關(guān)參數(shù)超出本發(fā)明所述范圍的那些材料。
表1
如表1中所示，本發(fā)明的組合介電材料能滿足人體介電性能，在1GHz測(cè)定頻率條件下，其相對(duì)介電常數(shù)(εγ′)為5-80，介電損耗(tanδ)為0.1-1.0。
下面，將解釋本發(fā)明對(duì)熱固性樹(shù)脂含量、介電陶瓷粉末含量和導(dǎo)電粉末含量有所限制的原因。
熱固性樹(shù)脂含量設(shè)定為40％(體積)或更大的原因解釋如下。正如表1所列的1號(hào)試驗(yàn)樣品的情況，如果熱固性樹(shù)脂含量小于40％(體積)，組合介電材料不可能成型為預(yù)定形狀。
導(dǎo)電粉末含量設(shè)定為10％(體積)或更大的原因解釋如下。正如表1所列的14號(hào)試驗(yàn)樣品的情況，如果導(dǎo)電粉末含量小于10％(體積)，介電損耗將小于0.1，這一數(shù)值是不合乎要求的。
對(duì)熱固性樹(shù)脂、介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末中均設(shè)有上限的原因解釋如下。如果上述組分中一個(gè)超過(guò)上限，則要么熱固性樹(shù)脂，要么導(dǎo)電粉末會(huì)小于其下限。因此，就不可能將上面的組合介電材料成型為預(yù)定的形狀，且介電損耗(tanδ)下降。
第二優(yōu)選實(shí)施方案第二優(yōu)選實(shí)施方案中使用的材料是在第一優(yōu)選實(shí)施方案中制得的試驗(yàn)材料，列為19號(hào)的組合介電材料。如圖1和圖2所示，組合介電材料在真空條件下注入預(yù)定形狀的模具中，隨后熱固化處理，形成人體模型，包括頭部、肩部、胸部、上臂部、下臂部、腕部和手部。冷卻處理后，將模塑的人體模型，包括頭部5a、肩部5b、胸部5c、臂部5d(包括上臂部5d1和下臂部5d2)、腕部5e和和手部5f從模具中取出。然后用塑料制成的連接部件7將這些成型部件組合在一起，使這些成型部件通過(guò)連接部件7可以活動(dòng)。之后，將組合的模擬人體放置在固定臺(tái)8上，固定臺(tái)8也是用塑料制成，從而獲得要求的固體器官模型1。
本實(shí)施例中制得的固體器官模型進(jìn)行預(yù)先確定的測(cè)量，測(cè)定便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備產(chǎn)生的電磁波對(duì)人體的影響。
本實(shí)施方案中，盡管只用了一種組合介電材料形成固體器官模型1，但是也可以對(duì)應(yīng)于人體不同部分使用不同相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗的組合介電材料。另一方面，不要求本發(fā)明的固體器官模型的可活動(dòng)部分必須按照和本實(shí)施例相同的方式制成。例如，上臂部分5d1和下臂部5d2也可以由一個(gè)整體制成，臂部5d和腕部5e可以制成整體。
第三優(yōu)選實(shí)施方案第三優(yōu)選實(shí)施方案中使用的材料是在第一優(yōu)選實(shí)施方案中制得的試驗(yàn)材料，列為19號(hào)的組合介電材料。如圖3所示，組合介電材料在真空條件下注入預(yù)定形狀的模具中，隨后熱固化處理，形成人體模型，包括頭部、肩部、胸部、手部。冷卻處理后，從模具中取出成型的組合介電體，獲得的成型部件可用于形成模擬人體，包括頭部5a、肩部5b、胸部5c、臂部5f和手部5f。然后將這些成型部件組合在一起，形成固體器官模型1，將組合的模擬人體放置在固定臺(tái)8上，固定臺(tái)8也是用塑料制成。然而，手部5f可以通過(guò)兩個(gè)塑料制成的臂部10安裝在固定臺(tái)8。由固定件10a固定這兩個(gè)臂部10，使兩個(gè)臂部10之間的角度可以自由調(diào)節(jié)。安裝在臂部10前端的手部5f也可以這樣自由調(diào)節(jié)，可以在相對(duì)較大空間進(jìn)行這樣的調(diào)節(jié)。
下面將詳細(xì)描述使用本發(fā)明的固體器官模型測(cè)定電磁波的方法。
首先，在考慮人體對(duì)電磁波影響的條件下評(píng)價(jià)天線的發(fā)射特性情況(所述的影響是由人體的屏蔽作用，吸收作用和散射作用引起，而所述的電磁波是由在人體附近使用的便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備產(chǎn)生的)，可采用的測(cè)定方法示于圖4。參考圖4，使用電磁波暗室11，密封固體器官模型1和在模型1附近的便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備9，如像便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備正被人使用。這樣，位于固體器官模型1附近的便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備發(fā)射電場(chǎng)強(qiáng)度可以用天線13接收，通過(guò)放大器17和使用波譜分析儀19，可以對(duì)天線發(fā)射特性進(jìn)行要求的測(cè)定。
在測(cè)定SAR(比吸收率，是評(píng)價(jià)電磁波對(duì)人體影響的指數(shù)，而所述電磁波是由在人體附近使用的便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備產(chǎn)生的)時(shí)，可采用的測(cè)定方法示于圖5。參考圖5，便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備9位于固體器官模型附近，如像便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備正被人使用。然后，在固體器官模型1內(nèi)形成一個(gè)內(nèi)孔，在該孔內(nèi)插入一個(gè)測(cè)量傳感器15，使電磁波在固體器官模型1的內(nèi)部被接收，從而通過(guò)放大器17和使用光譜分析儀19，可以進(jìn)行要求的電場(chǎng)直接測(cè)定。
而且，當(dāng)我們測(cè)定SAR(它是評(píng)價(jià)電磁波對(duì)人體影響的指數(shù)，而所述電磁波是由在人體附近使用的便攜式無(wú)線電通訊設(shè)備產(chǎn)生的)時(shí)，還可以采用另一種方法，它要求使用具有預(yù)定強(qiáng)度的電磁波來(lái)照射固體器官模型，該模型已在其縱向幾乎被分成兩部分。緊接在照射之后，立刻將固體器官模型精確地分成兩半，使用溫度自記器，測(cè)定其橫截面上升高的溫度。
以上參考優(yōu)選的實(shí)施方案具體描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不偏離本發(fā)明的精神下，可以對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行前述的和其它的變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種組合介電材料，它包括40-90％體積的熱固性樹(shù)脂；和10-60％體積的導(dǎo)電粉末，所述樹(shù)脂和所述粉末的總量為100％體積。
2.一種組合介電材料，它包括40-90％體積的熱固性樹(shù)脂；50％體積或更少，但不包括0％體積的介電陶瓷粉末；和10-60％體積的導(dǎo)電粉末，所述樹(shù)脂、所述介電陶瓷粉末和所述導(dǎo)電粉末的總量為100％體積。
3.一種固體器官模型，它包括包含權(quán)利要求1所述的組合介電材料的成型體。
4.一種固體器官模型，它包括包含權(quán)利要求2所述的組合介電材料的成型體
5.如權(quán)利要求3所述的固體器官模型，其特征在于，所述模型由權(quán)利要求1所述的組合介電材料制成，并具有模擬至少部分人體輪廓的大體如人體構(gòu)型的形狀。
6.如權(quán)利要求4所述的固體器官模型，其特征在于，所述模型由權(quán)利要求2所述的組合介電材料制成，并具有模擬至少部分人體輪廓的大體如人體構(gòu)型的形狀。
7.如權(quán)利要求5所述的固體器官模型，其特征在于，所述的大體如人體構(gòu)型的形狀包括可活動(dòng)的連接部件。
8.如權(quán)利要求6所述的固體器官模型，其特征在于，所述的大體如人體構(gòu)型的形狀包括可活動(dòng)的連接部件。
9.一種制造固體器官模型的方法，該方法包括下列步驟混合和捏合介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末與熱固性樹(shù)脂，獲得捏合的混合物；將捏合的混合物注塑到成型模具中，進(jìn)行熱處理，形成有預(yù)定形狀的成型部件；和將多個(gè)所述的成型部件組合在一起形成預(yù)定的構(gòu)型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種包括下列組分的組合介電材料:40—90%(體積)熱固性樹(shù)脂和10—60%(體積)的導(dǎo)電粉末,所述樹(shù)脂和所述粉末總量為100%(體積)。還提供了一種下列組分的組合介電材料:40—90%(體積)熱固性樹(shù)脂、50%(體積)或更少,不包括0%(體積)的介電陶瓷粉末和10—60%(體積)的導(dǎo)電粉末,所述樹(shù)脂、介電陶瓷粉末和導(dǎo)電粉末總量為100%(體積)。上述組合介電材料可用于在微波頻帶的固體器官模型。
文檔編號(hào)C08K3/36GK1241598SQ9911032
公開(kāi)日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1999年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月9日
發(fā)明者長(zhǎng)久保博, 越賀到, 伴野國(guó)三郎, 樋口之雄, 大塢敏也 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所