Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ băng tần rộng vùng Ghz trên cơ sở vật liệu biến hóa (Metamaterials)

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ băng tần rộng vùng Ghz trên cơ sở vật liệu biến hóa (Metamaterials)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: 9.44.01.23TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2020Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Côngnghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Vũ Đình LãmPhản biện 1:Phản biện 2:Phản biện 3:Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩcấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - ViệnHàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ....’,ngày … tháng … năm 20…….Có thể tìm hiểu luận án tại:- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ- Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 MỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của luận án Có thể nói rằng, vật liệu tiên tiến đã và đang đóng vaitrò quan trọng trong việc phát triển các công nghệ hiện đạinhằm phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người. Ngày nay,sự cải tiến công nghệ luôn đi kèm với sự tích hợp các vật liệuquý tồn tại trong tự nhiên, hay các vật liệu tiên tiến mới có cấutrúc nhân tạo chứa đựng các tính chất độc đáo và thú vị. Độnglực này đã dẫn đến sự ra đời một loại siêu vật liệu điện từ haycòn gọi là vật liệu biến hóa (Metamaterials - MMs) – chứa đựngnhiều tính chất độc đáo chưa từng quan sát thấy trong tự nhiên.Trải qua hơn hai thập kỷ từ mô hình dự đoán lý thuyết củaVeselago năm 1968, vật liệu biến hóa đã tạo nên một cuộc cáchmạng về vật liệu tiên tiến cũng như đặt ra nhiều thách thức đốivới nền khoa học cơ bản khi chúng có thể thay đổi các quy luậttruyền thống trong tương tác giữa vật chất và sóng điện từ như:bẻ cong đường đi của ánh sáng, sự nghịch hướng của sự truyềnsóng điện từ với dòng năng lượng hay sự phát xạ Cherenkowngược. Những đặc tính kì dị và thú vị đó đã mở ra một viễncảnh đầy triển vọng cho ngành khoa học vật liệu để dần hiệnthực hóa các kỳ vọng vốn chỉ tồn tại trong thế giới khoa họcviễn tưởng của con người. Đặc biệt, hiện tượng hấp thụ tuyệt đối sóng điện từtrong vật liệu biến hóa lần đầu tiên được phát hiện bởi Landy vàcác cộng sự vào năm 2008 đã làm cho “thị trường” nghiên cứuvề vật liệu tàng hình sôi động trở lại do thế hệ vật liệu hấp thụmới này có kích thước nhỏ hơn nhiều lần các vật liệu hấp thụtruyền thống. Do đó, lĩnh vực nghiên cứu mới có tên là vật liệu 2biến hóa hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ (Metamaterial PerfectAbsorbers – MPAs) đã nhanh chóng được phát triển cả về lýthuyết cũng như thực nghiệm. MPAs tỏ rõ lợi thế khi độ dày vậtlý của chúng nhỏ hơn rất nhiều bước sóng hoạt động (có thểnhỏ hơn hàng nghìn lần), trong khi các vật liệu hấp thụ truyềnthống có độ dày giới hạn trong khoảng λ/4. Với kích thướcmỏng λ/30, thực nghiệm từ nhóm nghiên cứu của Landy đã ghinhận độ hấp thụ đạt được 88% tại tần số 11.5 GHz, trong khi đógiá trị này lên tới 96% tại 11.48 GHz trong mô phỏng. Với tínhchất đặc biệt và tiềm năng ứng dụng to lớn đó, MPAs cũngnhanh chóng được nghiên cứu rộng rãi cho các ứng dụng thựctế từ vùng tần số MHz đến vùng quang học. Tuy nhiên, do bản chất hoạt động của vật liệu biến hóaphụ thuộc mạnh vào cấu trúc cộng hưởng nên dải tần số hoạtđộng thường rất hẹp. Đây là nguyên nhân chính dẫn tới việcxuất hiện rất ít các vật liệu biến hóa vừa có cấu trúc đơn giản,giá thành chế tạo rẻ mà có thể hoạt động đa dải tần hoặc hoạtđộng trong dải tần số rộng phù hợp cho các công nghệ trongthực tế tại vùng vi sóng. Bên cạnh đó, để duy trì đồng thờinhiều đỉnh hấp thụ hoặc hấp thụ trên dải rộng trên cùng mộtthang tần số luôn đòi hỏi sự tăng kích thước ô cơ sở hoặc tăngchiều dày vật lý của các cấu trúc đối xứng truyền thống. Đặcbiệt, các vật liệu sử dụng trong chế tạo vật liệu biến hóa hấp thụsóng điện từ (kim loại – điện môi) thường không đàn hồi nênkhó bao phủ được các bề mặt cong của các đối tượng cần chechắn trong thực tế. Do đó, việc tiếp tục nghiên cứu và trang bịnhiều tính năng ưu việt hơn cho các mô hình vật liệu biến hóa 3siêu nhỏ, hoạt động đa dải tần và dải tần rộng sử dụng côngnghệ chế tạo hiện có vẫn đang là thách thức cần phải vượt qua. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Xây dựng nền tảng cơ sở lý thuyết, nghiên cứu vật liệubiến hóa hấp thụ sóng điện từ hoạt động đa đỉnh và dải rộngtrong vùng tần số từ 2-18 GHz. - Thiết kế và tối ưu các tham số cấu trúc của vật liệu biếnhóa hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh và dải rộng dựa trên các môhình mới. Tìm kiếm vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ đađỉnh và dải rộng có cấu trúc đơn giản và không phụ thuộc vào sựphân cực của sóng điện từ. - Lý giải và ứng dụng tính chất bất đối xứng trong cấutrúc hình học của vật liệu biến hóa tạo ra hấp thụ đa đỉnh. - Chế tạo và khảo sát tính chất điện từ của vật liệu biếnhóa hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh và dải rộng trên vùng tần số từ2-18 GHz. 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án - Luận án tập trung nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụsóng điện từ hoạt động trên vùng tần số từ 2-18 GHz theo haihướng chính: Vật liệu biến hóa bất đối xứng và đẳng hướng hấpthụ sóng điện từ đa đỉnh; Mở rộng dải hấp thụ sóng điện từbằng cách tích hợp polymer dẫn. - Nội dung của luận án được xây dựng dựa trên sự kếthợp chặt chẽ giữa mô hình lý thuyết và phần mềm mô phỏng.Quá trình thực nghiệm sẽ được tiến hành để kiểm chứng một sốkết quả mô p ...