Nghiên cứu chế tạo và tính chất hấp thụ tuyệt đối sóng vi ba của vật liệu Meta (Metamaterials)

Nghiên cứu chế tạo và tính chất hấp thụ tuyệt đối sóng vi ba của vật liệu Meta (Metamaterials) Chúng ta đang sống trong thời đại của cuộc cách mạng vật liệu và năng lượng mới. Việc nghiên cứu để tìm ra các loại vật liệu tốt hơn và rẻ hơn thay thế cho các vật liệu truyền thống đang là vấn đề cấp thiết.

B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI  Thành Vit NGHIÊN CU CH TO VÀ TÍNH CHT HP TH TUYI SÓNG VI BA CA VT LIU META (METAMATERIALS) LUN ÁN TIC VT LIU Hà Ni  2015 B GIÁO DO I HC BÁCH KHOA HÀ NI  Thành Vit NGHIÊN CU CH TO VÀ TÍNH CHT HP TH TUYI SÓNG VI BA CA VT LIU META (METAMATERIALS) Chuyên ngành: Vt lin t Mã s: 62440123 LUN ÁN TIC VT LIU NG DN KHOA HC: 1. PGS. TS. Nguyu  Hà Ni  2015 2 L u ca tôi. Các s liu, kt qu nêu trong lun án là trung thc công b trong các công trình khác. NGHIÊN CU SINH  THÀNH VIT 3 LI C c tiên, tôi xin gi li cchân thành và sâu sc nht ti PGS. TS. Nguy Hiu Lãm. Là nhng dn, các th ng kp thi và tu kin thun li nht c v vt cht và tinh thn  tôi có th hoàn thành  tài nghiên cu này. Tôi xin chân thành cn Thanh Tùng, là i i, i anh em, c nghiên cng dn, sát cánh khi tôi thc hin lun án này. Tôi xin chân thành co và tu kin trong quá trình tôi hc tp và nghiên cu lun án này. Tôi xin chân thành cTp chí Nghiên cu Khoa hc và Công ngh quân s và Vin Vt lý k thut - Vin Khoa hc và Công ngh quân su kin cho tôi v thi gian và công vic t, to thun l tôi thc hin lun án này. Tôi xin chân thành cm siêu cao tn - Vin Radar - Vin Khoa hc và Công ngh quân s u kic kho sát kt qu thc nghim ca lun án. Tôi xin chân thành c NCS. Phn Th Hin, NCS. Phm Th Trang và các thành viên nhóm nghiên cu Metamaterial - Vin Khoa hc Vt liu - Vin Hàn lâm Khoa hc và Công ngh Vi,  tr tôi trong sut thi gian tôi thc hi tài nghiên cu ti nhóm. Tôi xin chân thành c c Khoáng và các thành viên nhóm nghiên cu Gas Sensor - Vin ITIMS  i hc Bách khoa Hà Ni,  , h tr tôi trong thi gian tôi sinh hot và nghiên cu ti nhóm. Lu   c hoàn thành vi s h tr kinh phí t  tài Nafosted (103.02- 2013.54). Cui cùng, tôi xin c  mình, các , tu kin t tôi thc hi tài nghiên cu này. NGHIÊN CU SINH  THÀNH VIT 4 MC LC DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT DANH MC CÁC BNG DANH MC CÁC HÌNH NH VÀ  TH M U 12  TNG QUAN 15 1.1 Gii thiu chung v vt liu Meta 15 1.2 Các khái nin v vt liu Meta 17 1.3 Mt s ng dng ca Vt liu Meta 20 1.4 Mô hình gin t vi vt liu Meta 22 1.5 Vt liu Meta hp th n t (MPA) 26 1.5.1 Các loi vt liu hp th sóng vi ba 26 1.5.2  hp th ca vt liu 31 1.5.3 Vt liu Meta hp th n t 34 1.6 Mc tiêu nghiên cu ca lun án 36  U 38 2.1 u và công ngh ch to vt liu Meta 38 2.1.1 u 38 2.1.1.1  38 2.1.1.2 ng 39 2.1.1.3 thc nghim 43 2.1.1.4  44 2.1.1.5 t hiu dng 45 2.1.2 Ch to MPA 46 2.2 Quy trình nghiên cu MPA hong trong vùng tn s GHz 49 2.2.1 La chn cu trúc và vt liu 49 2.2.2 Công ngh ch to 51 2.2.2.1 Xây dng h thit b ch to mu 51 2.2.2.2 Quy trình ch to mu 52 2.2.3 ng 50 2.2.4 c 54 2.2.5  55  TU TRÚC MPA 60 3.1 MPA cu trúc ch I 60 3.1.1 Tính cht hp th n t 60 5 3.1.2 ng ca tham s cu trúc lên tính cht hp th - cu trúc ch I 67 3.1.3 ng ca phân cn t lên tính cht hp th 68 3.2 MPA cu trúc CW 69 3.2.1 C 69 3.2.2 Tính cht hp th n t 69 3.3 MPA cu trúc du cng 71 3.3.1 C 71 3.3.2 Tính cht hp th n t 72 3.3.3 ng s phân cn t lên tính cht hp th 73 3.4 MPA c 74 3.4.1 C 74 3.4.2 Tính cht hp th n t 74 3.4.3 ng ca tham s cu trúc lên tính cht hp th 75 3.4.4 ng s phân cn t lên tính cht hp th 79 3.5 MPA cu trúc vòng tròn 81 3.6  hp th n t 82 3.7 Kt lun 86  MPA HP TH DI RNG 87 4.1 Cnh hp th 87 4.2 Cu trúc MPA hai thanh kim loi so le hp th di rng 90 4.3 MPA  92 4.4 Thit k ch to, kho sát bung hp th 3D hong  vùng tn s GHz . 96 4.5 Kt lun 98 KT LUN CHUNG VÀ KIN NGH 99 DANH M CA LUN ÁN PH LC 6 DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT MMs MPA CWP SRR eSRR : : : : : metamaterials metamaterial perfect absorber cut-wire pair split-ring resonator single electric split-ring resonator 7 DANH MC CÁC BNG [62]. 40 8 DANH MC CÁC HÌNH V VÀ  TH [9] 16 [10] 17 , 20 [11] 21 [13] 21 Hình 1.6.  ca vt liu Meta có cu trúc cp thanh kim loi hu hn; (b) ma cu trúc [28] 23 Hình 1.7. (a)  ; ([29] 24 CWP 25   25 Hình 1.10. Mô hình  m f =13.8 GHz và e f = 30.0 GHz 26  27   38 Hình 2.2. [70] 41  g [70] 41 Hình 2.4. (kim      ( ([70] 42 Hình   : (   và (b) k 45 [10]. 48 quy trình  49 Hình 2.8.  50  51  52 Hình 2.11. (  s = 0.4 mm [85]. (b) Mô hình c CWP,   x = 5 mm; a y = 11 mm; l = 5.5 mm; w = 1 mm; t s = 0.4 mm. 53 [...]... dụng từ vùng MHz tới THz… Mục tiêu của luận án tập trung giải quyết ba vấn đề chính: i) Đƣa ra đƣợc phƣơng pháp nghiên cứu và công nghệ chế tạo vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng viba ii) Nghiên cứu tối ƣu hóa cấu trúc vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng viba và iii) Nghiên cứu nâng cao hiệu suất hấp thụ của vật liệu Meta ở vùng sóng viba bằng cách mở rộng dải tần hấp thụ Với mục tiêu đó, luận án đƣợc... đây, Vi n Khoa học Vật liệu - Vi n Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Vi t Nam đã có những nghiên cứu bƣớc đầu về tính chất điện từ của vật liệu Meta ở vùng sóng viba và cho thấy những khả năng ứng dụng hết sức thú vị [71,73,76] Vật liệu Meta với tính chất siêu hấp thụ có ƣu điểm nổi bật so với các vật liệu hấp thụ thông thƣờng khác Do vậy, vi c nghiên cứu tính chất hấp thụ của vật liệu Meta sẽ là tiền đề... đây, đó là vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ Vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ có bản chất vật lý khác biệt, và tính năng vƣợt trội so với các loại vật liệu hấp thụ truyền thống khác, ví dụ nhƣ, tần số hấp thụ đƣợc thiết kế và xác định chính xác trƣớc khi chế tạo, hấp thụ gần nhƣ toàn bộ sóng điện từ tới, chiều dày vật liệu mỏng, chỉ khoảng 1/10 bƣớc sóng, cơ chế hấp thụ tổng quát... vật liệu hấp thụ sóng vi ba, cơ chế hấp thụ của chúng Ph n oại vật iệu hấp thụ sóng vi ba + Vật liệu polymer: Là vật liệu mới đƣợc nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây nhờ có kết cấu đa dạng, đặc tính cơ lý-hóa học độc đáo Phức hợp vật liệu polyme dẫn điện với vật liệu vô cơ tổn hao từ hoặc các hạt vật liệu cực nhỏ có thể phát triển thành một loại vật liệu kiểu mới, nhẹ và có khả năng hấp. .. quan tâm nghiên cứu Tại Vi t Nam, nhóm nghiên cứu của PGS TS Vũ Đình Lãm, Vi n Khoa học Vật liệu – Vi n Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Vi t Nam là một trong những nhóm tiên phong trong nghiên cứu về vật liệu Meta và đã thu đƣợc một số kết quả nhất định Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án tiến sĩ này, chúng tôi tập trung vào một tính chất mới đƣợc phát hiện và nghiên cứu của vật liệu Meta trong vài năm... từ 3 vật liệu cơ bản đó là vật liệu dẫn, vật liệu điện môi và vật liệu từ tính Vì vậy, các cơ chế hấp thụ sóng điện từ của vật liệu cũng sẽ đƣợc trình bày trên cơ sở các cơ chế hấp thụ xảy ra trong ba loại vật liệu trên và đƣợc chúng tôi giới thiệu cụ thể trong phần dƣới đây  Vật iệu dẫn Cơ chế hấp thụ trong vật liệu dẫn cơ bản là tổn hao xoáy do sự xuất hiện của dòng cảm ứng Foucault khi có sóng. .. thiệu chung về vật liệu Meta và sự hấp thụ sóng điện từ sử dụng vật liệu Meta Các phƣơng pháp thực nghiệm và mô phỏng đƣợc sử dụng để nghiên cứu vật liệu Meta sẽ đƣợc giới thiệu và phân tích trong Chƣơng II Chƣơng III trình bày về quy trình tối ƣu hóa để tìm kiếm một cấu trúc vật liệu Meta hấp thụ đơn giản, không phân cực, có thể dễ dàng chế tạo Đặc tính hấp thụ của cấu trúc vật liệu Meta tối ƣu đƣợc... sóng điện từ Đến năm 1980, nghiên cứu đặc tính hấp thụ và phản xạ sóng vi ba của vật liệu Chiral đƣợc thực sự CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 30 coi trọng [14,35,42,62,78,81] Hiện nay, vật liệu Chiral hấp thụ sóng radar là hỗn hợp vật liệu cơ bản để tạo thành vật liệu phức hợp  Hệ vật iệu a1-xSrxMnO3 Vật liệu perovskite đã đƣợc biết đến với nhiều nghiên cứu trên thế giới, đặc biệt là hệ vật liệu perovskite LaMnO3... trong thời đại của cuộc cách mạng vật liệu và năng lƣợng mới Vi c nghiên cứu để tìm ra các loại vật liệu tốt hơn và rẻ hơn thay thế cho các vật liệu truyền thống đang là vấn đề cấp thiết Nghiên cứu vật liệu mới còn nhằm mục đích chế tạo ra những vật liệu có tính chất đặc biệt, tốt hơn so với vật liệu tự nhiên, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi Từ đầu năm 2000, vật liệu Meta (metamaterials - vi t tắt là MMs)... bƣớc sóng điện từ tƣơng ứng với tần số  0 là  0  2 c /  0 với c là vận tốc ánh sáng trong chân không Hấp thụ băng thông rộng dựa trên vật liệu có tính chất hấp thụ không phụ thuộc vào tần số và do đó có thể hấp thụ sóng điện từ trên một dải rộng lớn Vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ (metamaterial perfect absorber - MPA) là vật liệu có khả năng hấp thụ hoàn toàn năng lƣợng của sóng điện . 38 2 .1 u và công ngh ch to vt liu Meta 38 2 .1. 1 u 38 2 .1. 1 .1  38 2 .1. 1.2 ng 39 2 .1. 1.3 thc. VÀ  TH M U 12  TNG QUAN 15 1. 1 Gii thiu chung v vt liu Meta 15 1. 2 Các khái nin v vt liu Meta 17 1. 3 Mt s ng dng ca Vt liu Meta 20 1. 4 Mô hình gin. cn t  sau: vi sóng (1 GHz30 GHz: 30 cm 1 cm), vùng sóng milimet (30 GHz300 GHz: 10 mm 1 mm), vùng THz (300 GHz 10 THz: 1mm30  m), vùng hng ngoi gia (10 THz 10 0 THz: 30  m3  m),