Đang tải... (xem toàn văn)
Luận án tập trung nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ hoạt động trên vùng tần số từ 2-18 GHz theo hai hướng chính: Vật liệu biến hóa bất đối xứng và đẳng hướng hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh; mở rộng dải hấp thụ sóng điện từ bằng cách tích hợp polymer dẫn.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Đinh Hồng Tiệp NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP THỤ BĂNG TẦN RỘNG VÙNG GHz TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU BIẾN HÓA (METAMATERIALS) Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.44.01.23 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2020 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Vũ Đình Lãm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 20…… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Có thể nói rằng, vật liệu tiên tiến đóng vai trị quan trọng việc phát triển công nghệ đại nhằm phục vụ nhu cầu ngày cao người Ngày nay, cải tiến cơng nghệ ln kèm với tích hợp vật liệu quý tồn tự nhiên, hay vật liệu tiên tiến có cấu trúc nhân tạo chứa đựng tính chất độc đáo thú vị Động lực dẫn đến đời loại siêu vật liệu điện từ hay gọi vật liệu biến hóa (Metamaterials - MMs) – chứa đựng nhiều tính chất độc đáo chưa quan sát thấy tự nhiên Trải qua hai thập kỷ từ mơ hình dự đốn lý thuyết Veselago năm 1968, vật liệu biến hóa tạo nên cách mạng vật liệu tiên tiến đặt nhiều thách thức khoa học chúng thay đổi quy luật truyền thống tương tác vật chất sóng điện từ như: bẻ cong đường ánh sáng, nghịch hướng truyền sóng điện từ với dòng lượng hay phát xạ Cherenkow ngược Những đặc tính kì dị thú vị mở viễn cảnh đầy triển vọng cho ngành khoa học vật liệu để dần thực hóa kỳ vọng vốn tồn giới khoa học viễn tưởng người Đặc biệt, tượng hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ vật liệu biến hóa lần phát Landy cộng vào năm 2008 làm cho “thị trường” nghiên cứu vật liệu tàng hình sơi động trở lại hệ vật liệu hấp thụ có kích thước nhỏ nhiều lần vật liệu hấp thụ truyền thống Do đó, lĩnh vực nghiên cứu có tên vật liệu biến hóa hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ (Metamaterial Perfect Absorbers – MPAs) nhanh chóng phát triển lý thuyết thực nghiệm MPAs tỏ rõ lợi độ dày vật lý chúng nhỏ nhiều bước sóng hoạt động (có thể nhỏ hàng nghìn lần), vật liệu hấp thụ truyền thống có độ dày giới hạn khoảng λ/4 Với kích thước mỏng λ/30, thực nghiệm từ nhóm nghiên cứu Landy ghi nhận độ hấp thụ đạt 88% tần số 11.5 GHz, giá trị lên tới 96% 11.48 GHz mơ Với tính chất đặc biệt tiềm ứng dụng to lớn đó, MPAs nhanh chóng nghiên cứu rộng rãi cho ứng dụng thực tế từ vùng tần số MHz đến vùng quang học Tuy nhiên, chất hoạt động vật liệu biến hóa phụ thuộc mạnh vào cấu trúc cộng hưởng nên dải tần số hoạt động thường hẹp Đây nguyên nhân dẫn tới việc xuất vật liệu biến hóa vừa có cấu trúc đơn giản, giá thành chế tạo rẻ mà hoạt động đa dải tần hoạt động dải tần số rộng phù hợp cho công nghệ thực tế vùng vi sóng Bên cạnh đó, để trì đồng thời nhiều đỉnh hấp thụ hấp thụ dải rộng thang tần số địi hỏi tăng kích thước sở tăng chiều dày vật lý cấu trúc đối xứng truyền thống Đặc biệt, vật liệu sử dụng chế tạo vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ (kim loại – điện môi) thường không đàn hồi nên khó bao phủ bề mặt cong đối tượng cần che chắn thực tế Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu trang bị nhiều tính ưu việt cho mơ hình vật liệu biến hóa siêu nhỏ, hoạt động đa dải tần dải tần rộng sử dụng công nghệ chế tạo có thách thức cần phải vượt qua Mục tiêu nghiên cứu luận án - Xây dựng tảng sở lý thuyết, nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ hoạt động đa đỉnh dải rộng vùng tần số từ 2-18 GHz - Thiết kế tối ưu tham số cấu trúc vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh dải rộng dựa mơ hình Tìm kiếm vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh dải rộng có cấu trúc đơn giản khơng phụ thuộc vào phân cực sóng điện từ - Lý giải ứng dụng tính chất bất đối xứng cấu trúc hình học vật liệu biến hóa tạo hấp thụ đa đỉnh - Chế tạo khảo sát tính chất điện từ vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh dải rộng vùng tần số từ 2-18 GHz Các nội dung nghiên cứu luận án - Luận án tập trung nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ hoạt động vùng tần số từ 2-18 GHz theo hai hướng chính: Vật liệu biến hóa bất đối xứng đẳng hướng hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh; Mở rộng dải hấp thụ sóng điện từ cách tích hợp polymer dẫn - Nội dung luận án xây dựng dựa kết hợp chặt chẽ mơ hình lý thuyết phần mềm mơ Q trình thực nghiệm tiến hành để kiểm chứng số kết mô tiêu biểu phù hợp với điều kiện chế tạo có Những đóng góp luận án: Luận án tập trung giải hồn thiện vấn đề vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ hoạt động vùng tần số GHz sau: i) Đã kiểm chứng thực nghiệm mơ hình dựa phá vỡ tính đối xứng cấu trúc cộng hưởng truyền thống ô sở đơn lẻ Đây phương pháp tiếp cận hiệu để tạo MPA dải kép đa đỉnh; ii) Đã thiết kế kiểm chứng thực nghiệm mơ hình MPA tích hợp vật liệu Polymer độ dẫn thấp (tích hợp phần hoàn toàn vào cấu trúc cộng hưởng kim loại); iii) Đã khảo sát mô kiểm chứng thực nghiệm hoạt động ổn định mơ hình MPA đa đỉnh dải rộng thay đổi góc phát xạ góc phân cực sóng điện từ Luận án chia thành chương sau: Chương Tổng quan Chương Phương pháp nghiên cứu Chương Vật liệu biến hóa bất đối xứng hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh Chương Mở rộng dải hấp thụ sóng điện từ cách tích hợp Polymer dẫn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử hình thành vật liệu biến hóa ứng dụng Về mặt cấu trúc điện từ, vật liệu biến hóa (Metamaterials - MMs) cấu thành từ “giả nguyên tử”, thực chất cấu trúc cộng hưởng điện từ có kích thước nhỏ nhiều lần bước sóng hoạt động Khởi nguồn vào năm 1968, lĩnh vực nghiên cứu MMs hình thành từ ý tưởng mơi trường có chiết suất âm [đồng thời độ từ thẩm âm (µ µ>0 Giá trị ε < quan sát thấy vùng tần số quang học kim loại Trường hợp µ