Luận án Nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng điện từ dựa trên tương tác cộng hưởng trong cấu trúc vật liệu biến hoá đa lớp

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BIẾN HOÁ HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CÓ CẤU TRÚC ĐA LỚP

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BIẾN HOÁ HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CÓ CẤU TRÚC ĐA LỚP" tập trung giải quyết những hạn chế của vật liệu biến hoá hấp thụ (MA) đơn lớp bằng cách phát triển vật liệu biến hoá hấp thụ có cấu trúc đa lớp (MMA). MA là vật liệu nhân tạo được thiết kế để hấp thụ sóng điện từ hiệu quả trong dải tần số xác định. Tuy nhiên, MA đơn lớp thường chỉ có một đỉnh hấp thụ chính, hạn chế khả năng điều chỉnh và bị ảnh hưởng bởi góc tới, phân cực sóng điện từ. MMA được đề xuất nhằm tối ưu hóa và mở rộng đặc tính hấp thụ, đạt được hấp thụ băng thông rộng, đa đỉnh và ít nhạy cảm với các yếu tố bên ngoài.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm thiết kế MMA với khả năng hấp thụ đa dải tần, dải rộng và có thể chuyển đổi giữa truyền qua và hấp thụ sóng điện từ, đồng thời làm rõ cơ chế tương tác giữa các lớp và vai trò của các thành phần tổn hao. Luận án đã thực hiện thiết kế, mô phỏng trên phần mềm CST và chế tạo các cấu trúc MMA bằng quang khắc. Phương pháp kết hợp tính toán, mô phỏng và thực nghiệm được sử dụng để đánh giá các tính chất điện từ (hấp thụ, phản xạ, truyền qua) trong vùng tần số GHz và THz.

Về mặt khoa học, luận án có ý nghĩa trong việc xây dựng mô hình và làm rõ cơ chế hoạt động, sự tương tác giữa các lớp trong MMA. Về mặt thực tiễn, kết quả đóng góp vào các ứng dụng của MMA trong thu giữ năng lượng, cảm biến và che chắn sóng điện từ. Những đóng góp mới bao gồm việc đề xuất và chế tạo thành công các cấu trúc MMA dựa trên nguyên lý cộng hưởng điện-từ, làm rõ sự tương tác giữa các lớp thông qua khảo sát phổ hấp thụ và phân bố trường, cũng như nghiên cứu các cấu trúc MMA đa chức năng có khả năng chuyển đổi giữa hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ (EIT) và hấp thụ cảm ứng điện từ (EIA).

Các kết quả nổi bật cho thấy cấu trúc MMA dựa trên Cu-FR4 đạt hai đỉnh hấp thụ cao (98.99% tại 4.89 GHz và 98.44% tại 4.97 GHz). MMA graphene-FR4 hai lớp đạt độ hấp thụ trên 90% trong dải 6.07-14.5 GHz. Đối với vùng THz, MMA VO2-Al2O3 cho ba đỉnh hấp thụ gần 100% hoặc hấp thụ băng rộng trên 90%. Các cấu trúc MMA đa chức năng ba lớp cho thấy khả năng chuyển đổi giữa EIT và EIA, đạt độ hấp thụ cực đại 94.36% (GHz) và 92.7% (THz). Nghiên cứu cũng làm rõ cơ chế tương tác giữa các lớp, ảnh hưởng của tổn hao và khoảng cách giữa các lớp đến đặc tính hấp thụ, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho MMA đa lớp hiệu suất cao.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BIẾN HOÁ HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CÓ CẤU TRÚC ĐA LỚP
  • 1.1. Tổng quan về vật liệu biến hoá
    • 1.1.1. Giới thiệu chung về vật liệu biến hoá
    • 1.1.2. Định nghĩa, phân loại và sự phát triển của vật liệu biến hoá hấp thụ sóng điện từ
  • 1.2. Cơ chế hoạt động của vật liệu biến hoá hấp thụ sóng điện từ
    • 1.2.1. Cộng hưởng điện và từ trong vật liệu biến hoá
    • 1.2.2. Lý thuyết phối hợp trở kháng
    • 1.2.3. Tiêu tán năng lượng trong vật liệu biến hoá
  • 1.3. Vật liệu biến hoá có cấu trúc đa lớp hấp thụ sóng điện từ
    • 1.3.1. Vật liệu biến hoá có cấu trúc đa lớp hấp thụ sóng điện từ dải rộng
    • 1.3.2. Vật liệu biến hoá có cấu trúc đa lớp đa chức năng
  • 1.4. Kết luận chương 1
• CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
  • 2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
    • 2.1.1. Phương pháp mô phỏng
    • 2.1.2. Mô hình tính toán mạch LC tương đương
    • 2.1.3. Dao động tử tương tác
  • 2.2. Phương pháp chế tạo
  • 2.3. Phương pháp đo đạc tính chất điện từ của vật liệu biến hoá có cấu trúc đa lớp
  • 2.4. Kết luận chương 2
• CHƯƠNG 3. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC LỚP ĐẾN TÍNH CHẤT HẤP THỤ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HOÁ CÓ CẤU TRÚC ĐA LỚP TRONG VÙNG TẦN SỐ GHz
  • 3.1. Ảnh hưởng của kim loại lên tương tác
    • 3.1.1. MMA có độ tổn hao Ohmic nhỏ
    • 3.1.2. MMA có độ tổn hao Ohmic lớn
  • 3.2. Ảnh hưởng của điện môi lên tương tác
  • 3.3. Kết luận chương 3
• CHƯƠNG 4. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC LỚP ĐẾN TÍNH CHẤT HẤP THỤ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HOÁ CÓ CẤU TRÚC ĐA LỚP TRONG VÙNG TẦN SỐ THz
  • 4.1. Ảnh hưởng của kim loại lên tương tác
  • 4.2. Ảnh hưởng của điện môi lên tương tác
  • 4.3. Ứng dụng MMA trong phát xạ hồng ngoại
  • 4.3. Kết luận chương 4
• CHƯƠNG 5. NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU BIẾN HOÁ CÓ CẤU TRÚC ĐA LỚP ĐA CHỨC NĂNG
  • 5.1. Nghiên cứu vật liệu biến hoá có cấu trúc đa lớp đa chức năng hoạt động tại vùng tần số GHz
  • 5.2. Nghiên cứu vật liệu biến hoá có cấu trúc đa lớp đa chức năng hoạt động tại vùng tần số THz
  • 5.3. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN CHUNG
• KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO