ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC MICRO NANO HẤP THỤ DẢI SÓNG TẦN SỐ CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC MICRO-NANO HẤP THỤ DẢI SÓNG TẦN SỐ CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO HÀ NỘI - 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN ĐỨC HUY NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC MICRO-NANO HẤP THỤ DẢI SÓNG TẦN SỐ CAO Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: 18205080 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO Người hướng dẫn khoa học: TS Bùi Đình Tú PGS.TS Phạm Đức Thắng HÀ NỘI - 2020 LỜI CẢM ƠN Lời cho phép tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành lời cảm ơn sâu sắc tới hai Thầy hướng dẫn: TS Bùi Đình Tú (Khoa Vật lý kỹ thuật PGS.TS Phạm Đức Thắng (Khoa Vật lý kỹ thuật – Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội) Hai Thầy lan truyền cho niềm đam mê học tập nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành Luận văn tốt nghiệp Hai Thầy không trang bị cho kiến thức bổ ích chun mơn khoa học mà cịn phương pháp tư duy, cách làm việc có hệ thống, hiệu cách đối nhân xử Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ths Nguyễn Đăng Cơ, người Thầy, người anh bảo tận tình hướng dẫn cách nghiên cứu, dạy kỹ thực hành, thực nghiệm từ ngày Tơi cảm ơn nhóm nghiên cứu giúp đỡ nhiệt tình suốt thời gian tơi làm luận văn Ngồi ra, tơi xin trân trọng cảm ơn tồn thể q Thầy, Cơ Anh, Chị công tác Khoa Vật lý kỹ thuật Công nghệ nano, Trường Đại học Công nghệ, ĐHQG HN giảng dạy, dìu dắt cung cấp cho tơi tư tảng khoa học từ kiến thức đến chun sâu giúp tơi hồn thành luận văn Đặc biệt muốn gửi tình cảm yêu thương đến gia đình, bạn bè, người thân chỗ dựa tinh thần vững giúp tơi vượt qua khó khăn, cổ vũ động viên tơi hồn thành luận văn ln ủng hộ theo đuổi đam mê khoa học Một lần tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày….tháng ….năm 2020 Học viên Trần Đức Huy Tóm tắt Các hệ vật liệu sắt điện Bi0,5 ( Na0,80 K0,20 )0,5 TiO3 , vật liệu từ Fe3O4 tổng hợp phương pháp sol-gel phương pháp đồng kết tủa Cấu trúc tinh thể, hình thái tính chất điện từ vật liệu nano BNKT BNKT-xFe3O4 nghiên cứu Tính chất hấp thụ sóng điện từ hệ vật liệu tổ hợp BNKT-xFe3O4/Cellwax khảo sát dải tần số từ 2-18 GHz Sự phụ thuộc hệ số tổn hao phản xạ Reflection Loss (RL) vào tần số (f) hệ vật liệu sắt điện có độ dày (d) thay đổi Đường hấp thụ RL xuất đỉnh hấp thụ rõ với giá trị RL đạt cực đại -21.68 dB tương ứng với độ hấp thụ sóng điện từ 99% tần số 13.67 GHz mẫu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 độ dày x=3.2 mm xác nhận gây chế Phù hợp trở kháng (Z matching) Với tham gia hệ hạt nano từ cấu trúc vật liệu, độ tổn hao phản xạ RL xác định xảy chế kết hợp tổn hao từ tính tổn hao điện mơi, độ tổn hao phản xạ tồn phần RL đạt giá trị cực đại đạt -7,13 dB độ dày x=2.6 Nghiên cứu mở hướng phát triển cho hệ hạt BNKT ứng dụng hấp thụ sóng điện từ tần số cao Từ khóa: Vật liệu tổ hợp, BNKT-Fe3O4, hấp thụ sóng điện từ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi hướng dẫn TS Bùi Đình Tú PGS.TS Phạm Đức Thắng hỗ trợ nhóm nghiên cứu Các kết trình bày luận văn thực chưa công bố tất hình thức ngoại trừ cơng bố đứng tên Các thông tin, tài liệu tham khảo từ nguồn sách, tạp chí, báo sử dụng luận văn liệt kê vào danh mục tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Nhà trường lời cam đoan Học viên thực Trần Đức Huy Mục Lục CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sóng điện từ ứng dụng 1.2 Cơ sở lý thuyết sóng điện từ Sự tán xạ phản xạ Các kỹ thuật khử phản xạ 1.3 Các chế hấp thụ sóng điện từ Cơ chế tổn hao điện môi 10 Cơ chế tổn hao từ 12 Cơ chế tổn hao xoáy 14 Ảnh hưởng hiệu ứng hấp thụ bề mặt 14 1.4 Vật liệu hấp thụ sóng điện từ 16 1.5 Vật liệu điện BNKT vật liệu từ Fe3O4 19 BNKT 19 Fe3O4 22 1.6 Kết luận chương 24 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 25 2.1 Chế tạo vật liệu 25 Vật liệu BNKT 25 Chế tạo vật liệu Fe3O4 29 Chế tạo vật liệu tổ hợp BNKT-xFe3O4/Cellxax 30 2.2 Các kỹ thuật khảo sát 30 Khảo sát cấu trúc tinh thể phương pháp nhiễu xạ tia X 30 Khảo sát hình thái học bề mặt 32 Phương pháp đo phổ sắc tán lượng 33 Phương pháp đo đường cong từ trễ (M-H) 34 Khảo sát độ tổn hao phản xạ RL 35 2.3 Phương pháp mô 38 Xây dựng chương trình tính tốn độ hấp thụ RL 38 Thiết kế giao diện chạy chương trình tính tốn hệ số hấp thụ RL 40 2.4 Kết luận chương 41 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Đặc trưng cấu trúc thành phần vật liệu BNKT 42 3.2 Đặc trưng tính chất từ Fe3O4 44 3.3 Tính chất hấp thụ sóng điện từ hệ hạt BNKT50_Cellwax50 46 3.4 Tính chất hấp thụ BNKT-Fe3O4/Cellwax tỉ lệ 25:25:50 52 3.5 Kết luận chương 55 KẾT LUẬN 56 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Hằng số điện mơi phụ thuộc vào tần số 10 Hình 1.4 Một mẫu magnetit bán đảo Kola, Nga, tinh thể bát diện màu đen kim loại, có kích thước lên đến 2,7 cm [29] 22 Hình 2.1 Quy trình tổng hợp vật liệu BNKT phương pháp quay phủ sol-gel [4] 25 Hình 2.2 Quy trình chế tạo sol BNKT 26 Hình 2.3 Chế tạo tiền chất Bi 27 Hình 2.4 Chế tạo tiền chất Ti 27 Hình 2.5 Chế tạo tiền chất Na, K 28 Hình 2.6 Chế tạo tiền chất BNKT 28 Hình 2.7 Quy trình tổng hợp vật liệu Fe3O4 29 33 Hình 2.8 Thiết bị kính hiển vi điện tử quét SEM 33 Hình 2.9 Máy FE-SEM Hitachi S-4800 Viện Khoa học vật liệu 34 Hình 2.10 Cấu tạo kết đo thiết bị VSM 34 Hình 2.11 Quy trình tạo mẫu đo vịng xuyến để đo EMW từ nguyên liệu ban đầu 35 Hình 2.12 Hình ảnh sơ đồ lắp đặt phép đo phản xạ truyền qua với hệ đo Agilent PNA Network analyser 36 Hình 2.13 Mơ hình sóng phản xạ bề mặt mẫu hấp thụ 37 Hình 2.14 Phần mềm mô Matlab R2018a 40 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu gốm BNKT 42 Hình 3.2 Ảnh SEM hệ hạt BNKT 43 Hình 3.3 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu BNKT 44 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X Fe3O4 44 Hình 3.5 Ảnh SEM hạt nano từ Fe3O4 45 Hình 3.6 Đường cong từ hóa vật liệu từ Fe3O4 46 Hình 3.7 Sự phụ thuộc RL vào tần số mẫu vật liệu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 với độ dày khác 47 Hình 3.8 Biến thiên phần thực ɛ’ phần ảo ɛ’’ điện môi vào tần số vật liệu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 tương ứng 49 Hình 3.9 Biến thiên phần thực µ’ phần ảo µ’’ độ thẩm từ vào tần số vật liệu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 tương ứng 50 Hình 3.10 Độ tổn hao điện môi độ tổn hao từ theo tần số hệ vật liệu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 tương ứng 51 Hình 3.11 Sự phụ thuộc RL |Z/Zo| vào tần số hệ vật liệu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 51 Hình 3.12 Sự phụ thuộc RL vào tần số hệ vật liệu BNKT-Fe3O4/Cellwax tỉ lệ 25:25:50 với độ dày khác 52 Hình 3.13 Độ tổn hao điện môi độ tổn hao từ theo tần số hệ vật liệu BNKTFe3O4/Cellwax 54 Hình 3.14 Sự phụ thuộc RL |Z/Zo| tần số hệ vật liệu BNKT-Fe3O4/Cellwax tỉ lệ 25:25:50 54 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các dải tần số sóng điện từ ứng dụng tương ứng [13] Bảng 1.2 Mối quan hệ hệ số phản xạ lượng hấp thụ [28] 15 Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng để chế tạo sol BNKT 26 Bảng 2.2 Vật liệu tổ hợp BNKT/Cellwax BNKT-xFe3O4/Cellwax với độ dày tỉ lệ tương ứng 30 Bảng 3.1 Mối tương quan độ dày, tần số độ hấp thụ phản xạ vật liệu BNKT/Cellwax tỉ lệ 50:50 48 Bảng 3.2 Mối tương quan độ dày, tần số độ hấp thụ phản xạ tương ứng vật liệu gốm BNKT-Fe3O4/Cellwax 53 DANH MỤC VÀ KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT MAM Ms Vật liệu hấp thụ sóng vi ba (Microwave Absorbing Material) Từ độ bão hòa EDX Phổ tán xạ lượng tia X (Energy Dispersive X-Ray) RAM Vật liệu hấp thụ sóng Radar (Radar Absorbing Material) RL Độ tổn hao phản xạ (Reflection Loss) SEM Hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope) XRD Nhiễu xạ tia X (X-ray difraction) VSM Từ kế mẫu rung (vibrating sample magnetometer) Z Trở kháng (Impedance) MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, việc ứng dụng sóng điện từ dải tần số GHz trở nên phổ biến nhu cầu phát triển nhiều thiết bị điện tử phương tiện quân viễn thơng [1] Cùng với đó, vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng sóng điện từ trở nên cấp thiết Vì vậy, vật liệu che chắn hấp thụ sóng điện từ thu hút quan tâm nhiều nhóm nghiên cứu giới Trong đó, vật liệu hấp thụ sóng điện từ dải tần số radar đặc biệt quan tâm có ứng dụng đa dạng hiệu nhiều lĩnh vực khác ăng-ten truyền sóng, chống nhiễu điện từ cho thiết bị điện tử tổ hợp thiết bị điện từ di động, che chắn sóng điện từ an toàn xạ y tế, bảo vệ sức khỏe người đối tượng sinh học khác khỏi tác động khơng mong muốn sóng điện từ Trong quân sự, vật liệu hấp thụ sóng điện từ dải tần 8-12 GHz yếu tố cốt lõi cơng nghệ tàng hình cho phương tiện chiến đấu Ngay quốc gia phát triển, việc nghiên cứu vật liệu RAM ngày trở nên cấp bách phải đẩy nhanh trình đưa vật liệu vào ứng dụng thực tế Một số quốc gia chế tạo thành công sử dụng sơn tàng hình radar cho phương tiện chiến đấu họ phương diện không biển [2] Các nghiên cứu vật liệu sóng điện tử chủ yếu thực theo hướng chính: hồn thiện khả chống phản xạ, tăng cường khả hấp thụ mở rộng vùng tần số hoạt động Trong đó, hấp thụ đồng thời hai thành phần lượng điện trường lượng từ trường hi vọng làm giảm gia tăng tổn hao tăng hiệu suất hấp thụ điện từ vật liệu Công nghệ nano đời mở hướng phát triển cho nghiên cứu RAM bên cạnh tính chất khác biệt vật liệu cấu trúc nano cịn có khả hấp thụ mạnh sóng điện từ so với vật liệu loại dạng khối Tính chất thú vị vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước nhỏ chúng Khi kích thước hạt giảm xuống đến giới hạn nano, hiệu ứng bề mặt đóng góp chủ yếu vào thay đổi tính chất đặc trưng vật liệu Mặt khác, vật liệu nano cịn có hoạt tính cao, dễ phân tán thuận lợi cho việc tạo thành lớp hấp thụ nhẹ mỏng [25] Chính lý trên, chọn đề tài nghiên cứu “nghiên cứu, chế tạo khảo sát tính chất số vật liệu tổ hợp cấu trúc micro-nano hấp thụ dải sóng tần số cao” Mục tiêu luận văn: Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật liệu sắt điện BNKT, vật liệu từ Fe3O4 vật liệu tổ hợp composite BNKT-Fe3O4 Xây dựng chương trình mơ khảo sát tính chất hấp thụ sóng điện từ dải tần 8-12GHz vật liệu BNKT-Fe3O4 Đối tượng nghiên cứu luận văn Vật liệu sắt điện BNKT vật liệu từ Fe3O4 vật liệu tổ hợp BNKT/Fe3O4 với tỉ lệ thành phần khác Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu luận văn sử dụng kỹ thuật thực nghiệm để chế tạo, khảo sát tính chất hệ vật liệu, kết hợp với tính tốn lý thuyết thơng qua phần mềm mơ Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, danh mục bảng biểu hình vẽ, ký hiệu viết tắt kết luận, luận văn chia làm chương: Chương 1: Trình bày tổng quan sóng điện từ, chế hấp thụ sóng điện từ, vật liệu hấp thụ sóng điện từ đặc trưng vật liệu nghiên cứu Chương 2: Trình bày phương pháp chế tạo vật tổ hợp BNKT-xFe3O4, kỹ thuật thực nghiệm dùng để khảo sát tính chất vật liệu chế tạo Phương pháp mơ để tính tốn độ tổn hao hấp thụ vật liệu sử dụng phần mềm Mathlab trình bày Chương 3: Trình bày kết phân tích cấu trúc, kết khảo sát khả hấp thụ sóng điện từ vật liệu tổ hợp chế tạo dải tần từ 2-18 GHz CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sóng điện từ ứng dụng Các ứng dụng sóng điện từ ngày mở rộng từ dải bước sóng từ vài cen-ti-met đến vài mét Cùng với phát triển công nghệ, ứng dụng dải tần số cao cỡ GHz bước sóng ngắn dải mm trở nên thuận lợi Một đặc điểm quan trọng sóng điện từ tương tác với kết làm xuất hiện tượng chồng chất sóng điện từ Giao thoa hai sóng điện từ dẫn đến tăng cường hay triệt tiêu lẫn Sự chồng chất sóng điện từ ứng dụng kỹ thuật phát truyền hình thơng tin liên lạc khơng dây [8] Mặt khác, nhiễu điện từ không mong muốn gây tương tác lẫn sóng điện từ trở thành vấn đề thách thức ứng dụng thực tế Tương tác sóng điện từ truyền từ nguồn khác gây suy giảm chất lượng sai lệch thông tin truyền tải liệu Để khắc phục tình trạng này, việc sử dụng cấu trúc che chắn vật liệu hấp thụ sóng điện từ giải pháp Sóng điện từ trình lan truyền điện từ trường khơng gian theo thời gian Sóng điện từ lan truyền mơi trường rắn, lỏng, khí chân khơng, sóng lan truyền chân khơng Sóng điện từ sóng ngang, lan truyền dao động liên quan đến tính chất có hướng (cường độ điện trường cường độ từ trường) phần tử mà hướng dao động vng góc với hướng lan truyền sóng Tốc độ lan truyền sóng điện từ chân khơng lớn c = 3.108 m/s Dao động điện trường từ trường vị trí ln ln đồng pha với Sóng điện từ có tính chất sóng như: Phản xạ, khúc xạ, giao thoa, Và tuân theo quy luật truyền thẳng, giao thoa, khúc xạ Sóng điện từ mang lượng Năng lượng hạt photon có bước sóng λ hc/λ, với h số Planck c vận tốc ánh sáng chân khơng Bước sóng dài có nghĩa lượng photon nhỏ Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài ki-lo-met dùng thông tin liên lạc gọi sóng vơ tuyến, thiết bị điện tử hay hệ thống điện tử hoạt động vùng tần số cao thường cho hiệu suất độ xác cao so với thiết bị sử dụng kỹ thuật tần số thấp thông thường [10] Hơn nữa, tần số cộng hưởng nhiều nguyên tử, phân tử hạt nhân nằm vùng tần số sóng điện từ Điều dẫn đến ứng dụng tiềm sóng điện từ lĩnh vực công nghệ kỹ thuật khác cảm biến từ xa, chẩn đoán y học, Mặt khác, sóng điện từ khơng bị uốn cong tầng điện ly, ứng dụng hàng không vũ trụ, thông tin liên lạc vệ tinh truyền tải sóng điện từ Bảng 1.1 Các dải tần số sóng điện từ ứng dụng tương ứng [13] Tên dải Tần số Ứng dụng điển hình UHF 300-1000 MHz Hệ thống giám sát tầm xa L 1-2 GHz Hệ thống giám sát tầm xa S 2-4 GHz C 4-8 GHz X 8-12 GHz Ku 12-18 GHz Kiểm soát lưu lượng thiết bị đầu cuối Hệ thống giám sát tầm trung Hệ thống theo dõi tầm xa Radar dự báo thời tiết Hệ thống theo dõi tầm ngắn Điều khiển tên lửa Lập đồ, hệ thống radar hàng hải Rào chắn không Đo độ cao vệ tinh K 18-27 GHz Hấp thụ nước (ít sử dụng) Ka 27-40 GHz Milimet 40-100 GHz Lập đồ với độ phân giải cao Hệ thống giám sát sân bay Thực nghiệm Ngoài ra, sóng điện từ sử dụng nhiều ứng dụng hàng ngày hệ thống radar kiểm sốt khơng lưu, radar theo dõi tên lửa, radar điểu khiển hỏa lực, radar dự báo thời tiết, mạng lưới truyền thông đường dài thông tin liên lạc quân Tùy theo ứng dụng đưa tiêu chuẩn IEEE 521-2002, vùng tần số điện từ phân tách thành dải tần số khác biểu diễn bảng 1.2 Cơ sở lý thuyết sóng điện từ Sự tán xạ phản xạ Tán xạ trình phân tán lượng phương truyền sóng điện từ (Electromagnetic-EM) truyền tới vật liệu Khi đó, phần lượng sóng điện bị phân tán (hoặc phản xạ), thay đổi hướng, pha thay đổi bước sóng so với sóng tới Nguyên nhân giải thích tương tác sóng điện từ với điện tử ion vật liệu Trường tán xạ xác định thông số đặc trưng hệ số điện thẩm, từ thẩm, độ dẫn, kích thước, hình dạng vật thể kích thước sóng tới Xét trường hợp tần số vô tuyến, kim loại coi vật dẫn hồn hảo có nhiều điện tử tự do, điện từ dễ dàng bị kích ứng tạo cộng hưởng với tần số sóng tới tạo trường điện từ (trường tán xạ) có tần số, biên độ với sóng tới Kim loại khơng phản xạ hồn hảo sóng có tần số nằm vùng khả kiến mà cịn phản xạ tốt sóng điện từ, điều hiểu kim loại gần không tiêu hao lượng sóng tới Trong trường hợp vật liệu không dẫn điện, chúng không chứa điện tử tự nên không xảy truyền dao động từ điện tử sang điện tử khác bên cấu trúc vật liệu Tuy nhiên, tượng cộng sinh xảy trường hợp sóng điện từ tương tác với mô-men spin mô-men lưỡng cực ion vào nguyên tử vật liệu Đây nguyên nhân cho tượng tổn hao từ tổn hao điện môi khai thác chủ yếu vật liệu hấp thụ sóng điện từ [13] Sóng điện từ bị phản xạ tạo mặt phân cách mơi trường có trở kháng khác nhau, thơng số sóng điện từ thu cách giải phương trình Maxwell với điều kiện biên bề mặt phân cách môi trường qua biểu thức chiết suất [27]: n = r r (1.1) Trong n chiết suất vật liệu r , r độ thẩm điện độ thẩm từ tương đối, hai đại lượng số phức có biểu thức sau: r = 'r − i ''r (1.2) r = 'r − i ''r (1.3) Trở kháng nội (Z) môi trường xác định biểu thức: r r Z= (1.4) Như biểu thức tính số khúc xạ trở kháng chứa hai thành phần điện từ Từ phương trình vật lý mơ tả q trình phản xạ sóng gặp mặt phân cách hai môi trường, điều kiện phản xạ tối thiểu xem xét đưa Đầu tiên, xét biểu thức mô tả hệ số phản xạ sóng điện từ bề mặt phân cách: = − z − z0 = + z + z0 (1.5) Trong hệ số phản xạ; , 0 đại lượng đặc trưng cho mơi trường truyền sóng tới (trường hợp khơng khí) vật liệu Ở đây, thay đại lượng Z = , gọi trở kháng nội vật liệu Hệ số phản xạ giảm = 0 , nói cách khác, vật liệu phải có trở kháng phù hợp với trở kháng mơi trường sóng tới Trở kháng nội mơ trường chân khơng xác định phương trình: → Z0 = E → = H → 0 377Ohms 0 (1.6) → Trong E , H véc-tơ điện trường từ trường sóng điện từ, 0 độ từ thẩm điện thẩm môi trường chân không Mặt khác, tượng phù hợp trở kháng lý tưởng xảy vật liệu có độ từ thẩm điện thẩm Đây điều kiện thứ hai để thu phản xạ tối thiểu Trong trường hợp phương trình (1.1) viết lại sau: Z = Z Zo Z0 −1 (1.7) +1 r Z = Zo r (1.8) Trong r = ' − i '' ' − i '' = , r thành phần độ điện thẩm độ từ thẩm o o phức Theo (1.8), môi trường tới không gian tự do, thành phần thực ảo độ từ thẩm điện thẩm nhau, tương ứng r = r , hệ số phản xạ không, ta không quan sát thấy thành phần phản xạ trở lại môi trường tới sóng điện từ Điều kiên thứ ba, trường hợp đặc biệt xảy vật liệu hấp thụ phủ lên đế kim loại Ta thấy, có tổn hao sóng điện từ truyền mơi trường hấp thụ Cơng suất tổn hao sóng tỉ lệ với độ dày truyền sóng (d) theo hàm số e − d , hệ số tổn hao vật liệu tính biểu thức sau: a b = − o o (a + b ) sin( ) tan −1 (− ) (1.9) Trong a = ( r' r' − r'' r'' ) b = ( r' r'' − r'' r' ) Để công suất tổn hao lớn độ dày nhỏ phải lớn, có nghĩa ' , '' , ' , '' phải lớn Lưu ý điều kiện phải phù hợp với điều kiện (phương trình 1.1) Ở đây, giá trị độ từ thẩm điện thẩm lớn làm tăng khả khử phản xạ Cuối cùng, để thu hệ số phản xạ khơng, sóng phản xạ hai mặt lớp vật liệu hấp thụ phải tự triệt tiêu lẫn nhau, tức chúng ngược pha với Đây điều kiện phối hợp pha hay điều kiện phối hợp phần tư bước sóng Điều xảy độ dày lớp vật liệu hấp thụ thỏa mãn điều kiện d = (2n + 1)c/ (4f r r ),n = 0,1,2, Các kỹ thuật khử phản xạ Có bốn kỹ thuật để giảm thiểu thành phần phản xạ có sóng điện từ chiếu tới bề mặt vật thể, là: khử phản xạ chủ động, khử phản xạ cấu trúc hình dạng, khử phản xạ sử dụng vật liệu hấp thụ, khử phản xạ bị động Trong đó, hai kỹ thuật thường sử dụng nhiều khử phản xạ cấu trúc, hình dạng sử dụng vật liệu hấp thụ [4] a, Khử phản xạ chủ động Trong kỹ thuật khử phản xạ chủ động, ta sử dụng máy phát sóng điện từ cao tần (làm vật liệu áp điện đặc biệt, ví dụ thạch anh, đặt điện trường chúng dao động học tần số cao) gắn bề mặt vật thể, phát sóng có tần số tần số sóng chiếu tới ngược pha Khi hai sóng gặp giao thoa triệt tiêu lẫn Theo đó, dùng máy phát radar gắn sẵn vật thể phát sóng có tần số tần số sóng radar chiếu tới để triệt tiêu sóng radar tới, điều khó thực gần khơng khả thi b, Khử phản xạ bị động Giống quang học, ánh sáng phản xạ mặt phân cách hai mơi trường có chiết suất khác nhau, sóng điện từ phản xạ mặt phân cách hai mơi trường vật chất có trở kháng khác Hệ số phản xạ tính theo cơng thức: = − 0 Z r = Zo r / r + 0 (1.10) Trong đó: Z r trở kháng vật liệu Z o trở kháng mơi trường truyền sóng r độ thẩm từ tương đối r độ điện thẩm tương đối Từ công thức (1.10) ta thấy, sử dụng vật liệu có trở kháng với mơi trường truyền sóng ( thường mơi trường khơng khí ), Z r = Z o ≈ 377Ω, nguyên tắc khơng có phản xạ sóng điện từ Ðiều kiện đạt phương pháp phối hợp trở kháng đơn lớp vật liệu hấp thụ có r = r Hoặc thiết kế độ dày lớp hấp thụ d = (2 n + 1) r r để thỏa mãn điều kiện sóng tới sóng phản xạ ngược pha triệt tiêu lẫn c, Khử phản xạ cấu trúc hình dạng Trong kỹ thuật khử phản xạ cấu trúc hình dạng dựa theo ngun tắc sóng điện từ bị phản xạ mặt tiếp xúc hai mơi trường có trở kháng khác Z Z r Việc giảm khác biệt trở kháng mặt tiếp xúc hai môi trường (môi trường truyền sóng mơi trường vật liệu) làm giảm tượng phản xạ Ðể giảm khác biệt trở kháng mơi trường nói trên, ta sử dụng cấu trúc đa lớp tạo thành cách ghép lớp chống phản xạ có giá trị trở kháng Z r khác Ngoài ra, việc thiết kế vật thể gồm mặt phẳng cho làm lệch tia phản xạ khơng theo hướng sóng tới sóng tới bị phản xạ nhiều lần mặt phẳng vật thể (cấu trúc dạng kim tự tháp, cấu trúc có nhiều góc cạnh) d, Khử phản xạ vật liệu hấp thụ Với nguyên tắc chung hấp thụ chuyển hóa lượng sóng điện từ thành lượng nhiệt Ðể khử phản xạ, ta sử dụng vật liệu hấp thụ gắn bề mặt vật thể nhằm hấp thụ lượng sóng điện từ chuyển hóa thành lượng nhiệt thơng qua chế tổn hao [3] Các vật liệu hấp thụ sóng điện từ theo nhiều chế khác thực tế vật liệu hấp thụ sóng điện từ nói chung, vật liệu hấp thụ sóng radar cấu thành từ vật liệu vật liệu dẫn, vật liệu điện mơi vật liệu từ tính Vì vậy, chế hấp thụ sóng điện từ vật liệu trình bày sở chế hấp thụ xảy ba loại vật liệu giới thiệu cụ thể phần 1.3 Các chế hấp thụ sóng điện từ Vật liệu có khả hấp thụ sóng điện từ theo chế khác dựa đặc tính loại vật liệu Thực tế, đa phần vật liệu hấp thụ sóng điện từ thiết kế dựa chế hấp thụ bản: tổn hao xốy, tổn hao điện mơi tổn hao từ [14] Tổn hao dịng xốy (dịng Foucault) chế hấp thụ vật liệu dẫn điện Ðiện trở vật dẫn yếu tố tổn hao chuyển đổi lượng dòng Foucault thành nhiệt [7] Vật liệu điện mơi hấp thụ sóng điện từ tính phân cực tần số cao dipole lưỡng cực điện Do lượng sóng điện từ hấp thụ chuyển hóa thành nhiệt, tượng gọi tượng đốt nóng điện môi (dielectric heating) Ðây nguyên lý hoạt động lị vi sóng [9] Hiện tượng đốt nóng từ (magnetic heating) xảy tương tự với đốt nóng điện mơi vật liệu từ đặt mơi trường sóng điện từ: mơ-men spin bị phân cực tần dải số cao, gây tổn hao chuyển háo thành nhiệt Với hai loại vật liệu từ điện môi, giả sử thời gian hồi phục vi mô (thời gian cần thiết cho việc đảo chiều vector phân ... HUY NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC MICRO -NANO HẤP THỤ DẢI SÓNG TẦN SỐ CAO Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện nano Mã số: 18205080 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT... micro -nano hấp thụ dải sóng tần số cao? ?? Mục tiêu luận văn: Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật liệu sắt điện BNKT, vật liệu từ Fe3O4 vật liệu tổ hợp composite BNKT-Fe3O4 Xây dựng chương trình mơ khảo sát. .. qua chế tổn hao [3] Các vật liệu hấp thụ sóng điện từ theo nhiều chế khác thực tế vật liệu hấp thụ sóng điện từ nói chung, vật liệu hấp thụ sóng radar cấu thành từ vật liệu vật liệu dẫn, vật liệu