基于纳米颗粒的材料，特别是含有银（Ag）和石墨的材料，由于其独特的电磁、热学和光学特性而受到了广泛关注，这些特性与它们的块状对应物有显著差异[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7]。它们独特的介电极化、电导率和界面现象使其在许多领域具有广泛应用，包括微波传感、可调谐电磁复合材料、生物传感和电磁干扰（EMI）屏蔽[4],[5],[6],[7],[8],[9]。当这些纳米颗粒分散在水介质中时，会形成胶体系统，其微波响应受到颗粒大小、浓度、形态和温度的强烈影响，从而导致可调的有效介电特性和与射频场的动态相互作用[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14]。
特别是银纳米颗粒具有高电导率和强烈的等离子体行为，使其成为制备射频元件、导电油墨和微波生物传感应用的有希望的候选材料[1],[2],[3],[12]。它们在液体载体中的行为由于界面极化和浓度依赖的导电损耗而增加了可调性。石墨纳米颗粒具有层状石墨烯结构，表现出各向异性的电学和热学特性，并已被广泛研究用于EMI屏蔽、微波吸收和湿度传感[4],[5],[6],[7],[13],[14]。然而，它们的水悬浮液通常含有宽粒径分布和富含粘土的成分，这些成分引入了多种松弛机制，导致在GHz范围内复杂的介电响应。
尽管对块状复合材料和聚合物结合的纳米颗粒系统进行了大量研究，但在2–12 GHz范围内对液相银和石墨纳米流体的系统化微波表征仍较为有限。大多数现有研究仅依赖于单一技术，通常是宽带介电常数测量或腔体扰动测量，没有将不同频率范围或测量模式的结果进行关联。此外，尽管温度对极性液体和纳米颗粒悬浮液的介电松弛有明显影响[10],[11],[12]，但很少有研究同时分析纳米流体的尺寸、浓度和温度依赖的电磁行为，尤其是对于石墨基系统，由于其多分散性和成分异质性，使其GHz范围内的响应难以预测。
微波传感器因其非接触式操作、快速响应和对复合介电常数变化的强敏感性而受到关注。基于共振和传输的微波传感结构已被广泛用于介电表征、化学和气体检测、生物医学监测和环境传感。最近的发展包括受超材料启发的谐振器、基于天线的传感器和多端口微波传感平台，这些技术能够增强场约束、提高灵敏度并选择性检测复杂介质[15],[16],[17]。这些能力使得微波传感特别适用于表征液悬浮液和纳米流体，在这些系统中，介电和导电特性的微小变化可以通过共振位移和振幅变化来解析。
为了解决这些问题，本研究采用了多模态微波分析框架，结合了三种互补的方法：(i) 使用Nicholson–Ross–Weir（NRW）方法在X波段（8.2–12.4 GHz）进行宽带介电谱测量[18],[19],[20],[21]，以提取银和石墨纳米流体的复合介电常数；(ii) 在2–5 GHz频段使用希尔伯特形带状线谐振器（HSSR）测量，以解析由纳米颗粒浓度和形态引起的共振频率位移、线宽变化和振幅变化；以及使用热弹性光学指示显微镜（TEOIM）进行近场成像[22]，以可视化不同纳米流体引入的局部微波场扰动。
通过结合宽带介电常数测量、共振谱分析和近场成像，这种多模态方法能够详细研究颗粒大小、浓度、介电松弛、导电损耗和温度依赖的电磁行为之间的相互作用。
因此，本研究的目标有四个方面：确定银和石墨的粒径分布如何影响它们的介电和共振微波响应；量化共振参数（包括线宽和耦合强度）的浓度依赖性变化；评估宽带和共振频段中振幅和频率的温度诱导变化；将介电常数测量结果与近场空间分布相关联，以进行全面物理解释。
这一综合框架为纳米流体的微波行为提供了新的见解，并为未来开发可调谐射频传感器、热响应材料和基于复合液相的诊断平台提供了支持。所展示的多模态微波平台可以作为液相传感应用的诊断工具，在这些应用中需要同时解析介电、热学和形态效应。
