Luận án Nghiên cứu điều khiển đặc trưng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học và điện áp

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TRƯNG HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA BẰNG TÁC ĐỘNG CƠ HỌC VÀ ĐIỆN ÁP

Ngành:

Vật liệu điện tử (Mã số: 9 44 01 23)

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu điều khiển đặc trưng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học và điện áp" được thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Luận án giải quyết nhu cầu cấp thiết về vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ (MA) có khả năng điều chỉnh tần số và cường độ hấp thụ thông qua tác động ngoại vi, vượt qua hạn chế của các MA truyền thống.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm thiết kế, chế tạo các cấu trúc metamaterial (MM) có khả năng điều khiển tính chất hấp thụ sóng điện từ bằng tác động cơ học và điện áp, đồng thời làm rõ cơ chế hấp thụ và sự biến đổi tính chất dưới tác động này. Phương pháp nghiên cứu kết hợp tính toán, mô phỏng, chế tạo và đo đạc thực nghiệm.

Những đóng góp mới của luận án là việc thiết kế và chế tạo thành công các cấu trúc MM điều khiển hấp thụ sóng điện từ chủ động bằng tác động cơ học đơn giản như xoay, kéo, uốn cong. Luận án cũng làm rõ cơ chế hấp thụ và nguyên lý điều khiển bằng cơ học. Đặc biệt, luận án đã thiết kế và chế tạo MM đa chức năng có khả năng điều khiển bằng điện áp ngoài, cho phép chuyển đổi linh hoạt từ chức năng hấp thụ sang chức năng xoay góc phân cực của sóng điện từ, và phân tích cơ chế hoạt động của chúng.

Các kết quả chính bao gồm: 1. Thiết kế và chế tạo MA đa lớp, có khả năng điều khiển hấp thụ bằng tác động xoay cơ học, với cấu hình CRC tăng cường và mở rộng dải hấp thụ đáng kể so với MRC. 2. Thiết kế vật liệu biến hóa dựa trên kỹ thuật gấp giấy (OBMM) có thể chuyển đổi giữa chế độ hấp thụ dải rộng (khi gấp) và phản xạ sóng điện từ (khi kéo phẳng). 3. Thiết kế và chế tạo thành công BMM điều khiển bằng điện áp ngoài, có khả năng chuyển đổi từ chức năng hấp thụ đơn đỉnh sang chuyển đổi phân cực dải kép với hệ số chuyển đổi cao.

Những kết quả này đóng góp quan trọng vào sự phát triển của các thiết bị thông minh trong các lĩnh vực như che chắn sóng điện từ, radar, thông tin liên lạc và cung cấp nền tảng cho nghiên cứu ứng dụng ở các dải tần số cao hơn.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Phương pháp nghiên cứu của luận án
  • 4. Những nội dung nghiên cứu và đóng góp mới của luận án:

• Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BIẾN HÓA ĐIỀU KHIỂN BẰNG TÁC ĐỘNG NGOẠI VI

  • 1.1. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ và nguyên lý hoạt động
    • 1.1.1. Đặc trưng điện từ của vật liệu biến hóa dựa trên nguyên lý cộng hưởng
    • 1.1.2. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ và phân loại cấu trúc
  • 1.2. Nguyên lý điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động ngoại vi
    • 1.2.1. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học
    • 1.2.2. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài
    • 1.2.3. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng từ trường ngoài
    • 1.2.4. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng nhiệt độ
    • 1.2.5. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng quang học
  • 1.3. Tiềm năng ứng dụng của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngoại vi cơ học và điện áp
    • 1.3.1. Ứng dụng của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngoại vi cơ học
    • 1.3.2. Ứng dụng của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngoại vi điện áp

• Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Phương pháp tính toán tính chất điện từ của vật liệu biến hóa
    • 2.1.1. Mô hình mạch điện tương đương
    • 2.1.2. Trở kháng của vật liệu
  • 2.2. Phương pháp mô phỏng vật liệu biến hóa
    • 2.2.1. Phần mềm mô phỏng CST Microwave
    • 2.2.2. Thiết kế cấu trúc vật liệu
    • 2.2.3. Mô phỏng và phân tích các đặc trưng điện từ của vật liệu
  • 2.3. Phương pháp chế tạo vật liệu biến hóa
  • 2.4. Phương pháp đo đạc tính chất điện từ của vật liệu biến hóa

• Chương 3. ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HOÁ BẰNG TÁC ĐỘNG CƠ HỌC

  • 3.1. Điều khiển dải tần số hấp thụ sóng điện từ ở vùng GHz bằng cách xoay vị trí tương đối giữa các lớp trong vật liệu biến hóa
    • 3.1.1. Cấu trúc vật liệu biến hóa đa lớp
    • 3.1.2. Điều khiển dải tần số hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng cách thay đổi vị trí tương đối giữa các lớp
  • 3.2. Điều khiển độ hấp thụ sóng điện từ ở vùng GHz bằng cách biến đổi hình dạng cấu trúc vật liệu biến hóa dựa trên kỹ thuật gấp giấy origami
    • 3.2.1. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa làm từ giấy
    • 3.2.2. Điều khiển độ hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng kỹ thuật gấp giấy origami
  • 3.3. Điều khiển dải tần số hấp thụ sóng điện từ ở vùng THz bằng cách uốn cong vật liệu biến hóa
    • 3.3.1. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ ở vùng THz có khả năng uốn cong
    • 3.3.2. Điều khiển dải tần số hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng cách uốn cong
  • 3.4. Kết luận chương 3

• Chương 4. ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HOÁ BẰNG ĐIỆN ÁP NGOÀI

  • 4.1. Vật liệu biến hóa đa chức năng hoạt động ở vùng GHz có khả năng chuyển đổi giữa chức năng hấp thụ và chức năng xoay góc phân cực của sóng điện từ
    • 4.1.1. Cấu trúc vật liệu biến hóa đa chức năng
    • 4.1.2. Chuyển đổi giữa chức năng hấp thụ sóng điện từ và chức năng xoay góc phân cực của sóng điện từ bằng điện áp ngoài
  • 4.2. Điều khiển tần số hấp thụ sóng điện từ bằng điện áp dựa trên linh kiện ngoại vi được tích hợp vào vật liệu biến hóa
    • 4.2.1. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa có khả năng điều khiển tần số hấp thụ bằng điện áp ngoài
    • 4.2.2. Điều khiển tần số hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài
  • 4.3. Kết luận chương 4

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ