Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng điện từ đẳng hướng của vật liệu biến hóa trên cơ sở kết hợp với graphene

Mục đích nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng điện từ đẳng hướng của vật liệu biến hóa trên cơ sở kết hợp với graphene" nhằm đề xuất mô hình, làm rõ cơ chế vật lý, thiết kế và nghiên cứu khả năng điều khiển các đặc trưng điện từ của MPAs hấp thụ đẳng hướng hai chiều bằng cách tích hợp vật liệu 2D graphene.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng điện từ đẳng hướng của vật liệu biến hóa trên cơ sở kết hợp với graphene BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Trần Văn Huỳnh NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ ĐẲNG HƯỚNG CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP VỚI GRAPHENE Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9440123 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – Năm 2021 Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Thanh Tùng Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS. Vũ Đình Lãm Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: …. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi .… giờ ....’, ngày .… tháng .… năm 2021. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Vật liệu biến hóa (MMs – Metamaterials) là vật liệu mới với nhiều tính chất đặc biệt như: chiết suất âm, hiệu ứng nghịch đảo trong dịch chuyển Doppler, siêu thấu kính, tàng hình, hiệu ứng nghịch đảo của sự phát xạ Cherenkov, hiệu ứng hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ, ... [3-8]. Những đặc tính khác lạ đó của MMs nếu được nghiên cứu hoàn chỉnh và ứng dụng vào thực tế sẽ giúp con người hiện thực hóa được các kỳ vọng vốn chỉ tồn tại trong thế giới khoa học viễn tưởng. Một số lĩnh vực ứng dụng nổi bật của MMs trên thế giới hiện nay như: viễn thông, quốc phòng, hàng không, y tế, nông nghiệp. Một trong các hướng nghiên cứu mới về MMs hiện nay là hướng nghiên cứu về vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ (MPAs – Metamaterial Perfect Absorbers). Các bộ cộng hưởng của MMs nói chung và của MPAs nói riêng thường bằng kim loại (với độ dẫn thường không đổi), dẫn đến đặc tính của chúng khó thay đổi sau khi chế tạo. Đã có nhiều hướng nghiên cứu tích hợp các vật liệu khác nhau vào MPAs với mục đích điều khiển các tính chất điện từ của chúng thông qua các tác động ngoại vi như nhiệt, điện trường, từ trường, ánh sáng, … [15-19]. Trong đó, xu thế hướng tích hợp vật liệu 2D graphene vào MPAs để điều khiển các tính chất hấp thụ đang là một hướng đi được rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới quan tâm. Mặc dù hầu hết các loại vật liệu MPAs tích hợp graphene cho phép thay đổi tần số và biên độ hấp thụ, tuy nhiên đều tồn tại hai nhược điểm lớn khiến khả năng ứng dụng của loại vật liệu này trở nên hạn chế, đó là: i) Chỉ có khả năng hấp thụ một chiều do phần lớn thiết kế MPAs sử dụng lớp kim loại phía sau. 1 ii) Chỉ có khả năng làm việc ở chế độ phản xạ (sóng tới ở ngoài vùng hấp thụ sẽ bị phản xạ do lớp kim loại đóng vai trò như một gương điện từ). Do đó, nghiên cứu bản chất vật lý của MPAs, từ đó tích hợp với graphene, tối ưu hóa cấu trúc để tạo ra một thế hệ MPAs tích hợp graphene có khả năng hấp thụ đẳng hướng hai chiều là một hướng nghiên cứu mới, quan trọng, không thể thiếu để đưa vật liệu MPAs tới những ứng dụng thực tiễn trong quang học, quân sự, năng lượng và y sinh. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án Đề xuất mô hình, làm rõ cơ chế vật lý, thiết kế và nghiên cứu các đặc trưng điện từ của MPAs hấp thụ đẳng hướng hai chiều. Đề xuất mô hình, làm rõ cơ chế vật lý, thiết kế và nghiên cứu khả năng điều khiển các đặc trưng điện từ của MPAs hấp thụ đẳng hướng hai chiều bằng cách tích hợp vật liệu 2D graphene. 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án Nghiên cứu tính chất vật lý của MMs hoạt động ở vùng tần số THz; sự ảnh hưởng của các tham số cấu trúc, tham số vật liệu đến tính chất của MMs hoạt động ở vùng tần số THz, đặc biệt là MPAs hấp thụ hai chiều sóng điện từ. Lý giải tính chất điện từ của graphene và khả năng tích hợp graphene với vật liệu MMs. Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý, thiết kế và chứng minh khả năng điều khiển tính chất hấp thụ đẳng hướng hai chiều của MPAs tích hợp graphene hoạt động ở vùng tần số THz. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ (MPAs) 1.1.1. Khái niệm vật liệu MPAs Vật liệu biến hóa MMs là vật liệu có cấu trúc nhân tạo, bao gồm các cấu trúc cơ sở sắp xếp tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Tính chất điện từ của vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc hình học, sự sắp xếp, các vật liệu thành phần của các cấu trúc cơ sở. MPAs là một loại vật liệu biến hóa lần đầu tiên được chứng minh vào năm 2008 [9], có khả năng hấp thụ gần như tuyệt đối sóng điện từ. MPAs cho thấy có nhiều tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị như: cảm biến, bộ lọc tần số, thu năng lượng, … Ngày càng có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau về MPAs được triển khai thực hiện. Tuy nhiên, các hướng hiện nay chỉ tập trung vào MPAs với một mặt phẳng kim loại hỗ trỡ sự hấp thụ, dẫn đến các MPAs chỉ hấp thụ một chiều sóng điện từ chiếu đến, đồng thời bên ngoài dải tần hấp thụ, sóng điện từ bị phản xạ hoàn toàn. 1.1.2. Các hướng nghiên cứu vật liệu MPAs Hiện nay, các hướng nghiên cứu chính về MPAs có thể kể ra gồm: tối ưu hóa cấu trúc từ các cấu trúc phức tạp thành các cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo [54-59]; thay đổi vùng tần số hoạt động từ MHz đến GHz đến THz và tần số quang học [10,15,60]; mở rộng dải tần hấp thụ từ hấp thụ đơn đỉnh đến hấp thụ đa đỉnh và đến hấp thụ dải tần rộng [63-74]; MPAs hấp thụ góc rộng [75- 79]; điều khiển tính chất của MPAs bằng tác động ngoại vi [18- 21,80-84], MPAs sử dụng hoàn toàn điện môi [85-87]. 1.1.2. Tiềm năng phát triển và ứng dụng của MPAs Do có nhiều tính chất đặc biệt nên các MP ...