Luận án Nghiên cứu cấu trúc và tinh chất của vật liệu biến hóa đac chức năng hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA ĐA CHỨC NĂNG HẤP THỤ VÀ CHUYỂN ĐỔI PHÂN CỰC SÓNG ĐIỆN TỪ

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA ĐA CHỨC NĂNG HẤP THỤ VÀ CHUYỂN ĐỔI PHÂN CỰC SÓNG ĐIỆN TỪ" tập trung vào vật liệu biến hóa (Metamaterials - MMs) nhằm điều khiển cấu trúc và tính chất để ứng dụng thực tiễn, đặc biệt trong thiết kế bộ hấp thụ (MA) và bộ chuyển đổi phân cực sóng điện từ (MPC). Luận án giải quyết hạn chế của các MMs đơn chức năng bằng cách đề xuất và nghiên cứu Vật liệu biến hóa đa chức năng (Multifunction Metamaterial - MFM) có khả năng kết hợp cả hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm thiết kế, khảo sát tính chất và chế tạo MFM có khả năng chuyển đổi hoạt động giữa hai chế độ hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ hiệu suất cao, băng tần rộng, hoạt động trong vùng tần số GHz và THz, đồng thời làm rõ cơ chế vật lí chi phối. Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng là tính toán lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm CST và chế tạo, đo đạc thực nghiệm.

Kết quả chính đã làm rõ cơ chế hấp thụ của cấu trúc MA tích hợp vật liệu chuyển pha VO2 hoạt động vùng tần số THz, có khả năng chuyển đổi chức năng hấp thụ (>90% trong 1.29-3.26 THz khi VO2 pha kim loại) và phản xạ (khi VO2 pha điện môi). Cơ chế chuyển đổi phân cực của các cấu trúc MPC với vòng cộng hưởng có rãnh hoạt động ở các băng tần S, C, X, Ku và THz cũng được làm rõ, đạt hiệu suất chuyển đổi trên 90% với băng thông rộng (ví dụ: S, C: 2-8.45 GHz, 123.4%; C, X, Ku: 4.0-14 GHz, 111.1%; THz: 1.6-5.8 THz, 113.5%).

Đặc biệt, luận án đã làm rõ cơ chế và chế tạo thành công MFM tích hợp nước có khả năng chuyển đổi giữa chế độ hấp thụ (>90% trong 16.4-24 GHz khi có nước) và chuyển đổi phân cực chéo (>90% trong 4.38-11.9 GHz khi không có nước) ở vùng tần số GHz. MFM tích hợp vật liệu chuyển pha VO2 hoạt động vùng tần số THz cũng được nghiên cứu, cho thấy khả năng hấp thụ (>90% trong 1.36-3.38 THz khi VO2 pha kim loại) và chuyển đổi phân cực chéo (>90% trong 1.04-3.75 THz khi VO2 pha điện môi). Các cấu trúc MFM đề xuất có hiệu suất cao, dải tần hoạt động rộng và ít phụ thuộc vào góc tới và góc phân cực, mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong thực tế.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

• Mục tiêu nghiên cứu

• Nội dung nghiên cứu

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BIẾN HOÁ HẤP THỤ VÀ CHUYỂN ĐỔI PHÂN CỰC SÓNG ĐIỆN TỪ

  • 1.1. Tổng quan về vật liệu biến hóa
  • 1.2. Vật liệu biến hóa hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ
  • 1.2.1. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ và tiềm năng ứng dụng
  • 1.2.2. Vật liệu biến hóa chuyển đổi phân cực sóng điện từ và ứng dụng
  • 1.3. Vật liệu biến hóa đa chức năng hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ
  • 1.3.1. Một số phương pháp thiết kế vật liệu biến hóa đa chức năng hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ
  • 1.3.2. Ứng dụng của vật liệu biến hoá đa chức năng hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ.
  • 1.4. Kết luận chương 1

• CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Phương pháp tính toán lí thuyết
  • 2.1.1. Mạch điện tương đương
  • 2.1.2. Phương pháp tính toán trở kháng vào của cấu trúc
  • 2.1.3. Tính toán hiệu suất hấp thụ và hiệu suất chuyển đổi phân cực
  • 2.2. Phương pháp mô phỏng
  • 2.3. Phương pháp chế tạo và đo đạc thực nghiệm
  • 2.4. Kết luận chương

• CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CẤU TRÚC VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TRƯNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA CÓ ĐẶC TÍNH HẤP THỤ VÀ ĐẶC TÍNH CHUYỂN ĐỔI PHÂN CỰC SÓNG ĐIỆN TỪ

  • 3.1. Thiết kế cấu trúc và khảo sát tính chất hấp thụ của MA hoạt động vùng tần số THz
  • 3.1.1. Thiết kế cấu trúc MA hoạt động vùng tần số THz
  • 3.1.2. Khảo sát tính chất hấp thụ của MA hoạt động vùng tần số THz
  • 3.1.3. Ảnh hưởng của độ dày lớp cộng hưởng đến độ hấp thụ của MA
  • 3.1.4. Ảnh hưởng của góc tới đến hiệu suất hấp thụ của MA
  • 3.2. Thiết kế cấu trúc và khảo sát tính chất của vật liệu biến hóa chuyển đổi phân cực sóng điện từ
  • 3.2.1. Thiết kế cấu trúc MPC cho ứng dụng băng tần S, C
  • 3.2.2. Tối ưu cấu trúc MPC cho ứng dụng băng tần C, X và Ku
  • 3.2.3. Thiết kế cấu trúc MPC hoạt động vùng tần số THz
  • 3.3. Kết luận chương

• CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU CẤU TRÚC VẬT LIỆU BIẾN HOÁ ĐA CHỨC NĂNG HẤP THỤ VÀ CHUYỂN ĐỔI PHÂN CỰC SÓNG ĐIỆN TỪ

  • 4.1. Thiết kế và tối ưu cấu trúc MFM hấp thụ và chuyển đổi phân cực hoạt động vùng tần số GHz
  • 4.1.1. Thiết kế cấu trúc MFM hấp thụ và chuyển đổi phân cực tích hợp nước
  • 4.1.2. Khảo sát tính chất của MFM ở chế độ hấp thụ
  • 4.1.3. Khảo sát tính chất của MFM hoạt động ở chế độ chuyển đổi phân cực
  • 4.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số vật liệu, kích thước đến hiệu suất của MFM
  • 4.2. Thiết kế và tối ưu cấu trúc MFM hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ hoạt động vùng tần số THz
  • 4.2.1. Thiết kế cấu trúc MFM hấp thụ và chuyển đổi phân cực dựa trên vật liệu chuyển pha VO2
  • 4.2.2. Khảo sát tính chất hấp thụ của MFM tích hợp VO2
  • 4.2.3. Khảo sát tính chất chuyển đổi phân cực sóng điện từ của MFM tích hợp VO2
  • 4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tham số cấu trúc và các lớp vật liệu lên tính chất hấp thụ và chuyển đổi phân cực
  • 4.3. Kết luận chương

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • 1. Kết luận
  • 2. Kiến nghị