Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển đặc trưng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa

Luận án tiến sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu điều khiển đặc trưng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học và, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực

• Tác giả: Lê Văn Long
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Sân Tùng
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Hấp Thụ Sóng Điện Từ Của Vật Liệu Biến Hóa Qua Tác Động Cơ Học Và Điện Áp
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BIẾN HÓA ĐIỀU KHIỂN BẰNG TÁC ĐỘNG NGOÀI VI
• 1.1. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ và nguyên lý hoạt động
• 1.2. Đặc trưng điện từ của vật liệu biến hóa dựa trên nguyên lý cộng hưởng
• 1.3. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ và phân loại cấu trúc
• 1.4. Nguyên lý điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động ngoài vi
• 1.5. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học
• 1.6. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài
• 1.7. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng từ trường ngoài
• 1.8. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng nhiệt độ
• 1.9. Điều khiển tính chất điện từ của vật liệu biến hóa bằng quang học
• 1.10. Tiềm năng ứng dụng của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngoài vi cơ học và điện áp
• 1.11. Ứng dụng của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngoài vi cơ học
• 1.12. Ứng dụng của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngoài vi điện áp
• 1.13. Kết luận chương 1
• 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp tính toán tính chất điện từ của vật liệu biến hóa
• 2.2. Mô hình mạch điện tương đương
• 2.3. Trở kháng của vật liệu
• 2.4. Phương pháp mô phỏng vật liệu biến hóa
• 2.5. Phần mềm mô phỏng CST Microwave
• 2.6. Thiết kế cấu trúc vật liệu
• 2.7. Mô phỏng và phân tích các đặc trưng điện từ của vật liệu
• 2.8. Phương pháp chế tạo vật liệu biến hóa
• 2.9. Phương pháp đo đạc tính chất điện từ của vật liệu biến hóa
• 2.10. Kết luận chương 2
• 3. ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA 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
• 3.2. Cấu trúc vật liệu biến hóa đa lớp
• 3.3. Điều khiển dải tần số hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng cách thay đổi vị trí tương đối giữa các lớp
• 3.4. Điều khiển dải 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
• 3.5. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa làm từ giấy
• 3.6. Điều khiển độ hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng kỹ thuật gấp giấy origami
• 3.7. Điều khiển dải tần số hấp thụ sóng điện từ ở vùng THz bằng cách uốn cong vật liệu biến hóa
• 3.8. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ ở vùng THz có khả năng uốn cong
• 3.9. Điều khiển dải tần số hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng cách uốn cong
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA 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
• 4.2. Cấu trúc vật liệu biến hóa đa chức năng
• 4.3. 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
• 4.4. Điều khiển tần số hấp thụ sóng điện từ bằng điện áp dựa trên linh kiện ngoài vi được tích hợp vào vật liệu biến hóa
• 4.5. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa có khả năng điều khiển tần số hấp thụ bằng điện áp ngoài
• 4.6. Điều khiển tần số hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài
• 4.7. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN CHUNG
• KIẾN NGHỊ NHẰM NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BÁ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu điều khiển hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa qua tác động cơ học và điện áp là một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn trong cộng đồng khoa học. Vật liệu biến hóa có khả năng thay đổi tính chất điện từ của chúng dưới tác động của các yếu tố bên ngoài như điện áp, tác động cơ học và từ trường. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các vật liệu này có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong công nghệ viễn thông và các lĩnh vực liên quan. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn đi sâu vào các ứng dụng thực tiễn của vật liệu biến hóa trong việc điều khiển sóng điện từ.

II. Nguyên lý hoạt động của vật liệu biến hóa

Nguyên lý hoạt động của vật liệu biến hóa dựa trên khả năng thay đổi cấu trúc và tính chất điện từ của chúng khi chịu tác động từ bên ngoài. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi áp dụng điện áp hoặc tác động cơ học, các vật liệu này có thể thay đổi khả năng hấp thụ sóng điện từ. Điều này cho phép điều khiển sóng điện từ một cách linh hoạt và hiệu quả. Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng, việc thay đổi vị trí và hình dạng của các lớp trong cấu trúc vật liệu có thể dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong khả năng hấp thụ. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế các thiết bị điện tử và viễn thông hiện đại.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc sử dụng các mô hình mô phỏng để phân tích tính chất điện từ của vật liệu biến hóa. Các phần mềm như CST Microwave được sử dụng để mô phỏng và phân tích các đặc trưng điện từ của vật liệu. Bên cạnh đó, các phương pháp đo đạc thực nghiệm cũng được áp dụng để xác định tính chất hấp thụ sóng điện từ của vật liệu dưới tác động của điện áp và tác động cơ học. Kết quả từ các thí nghiệm này sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng để đánh giá hiệu quả của các phương pháp điều khiển và ứng dụng trong thực tế.

IV. Ứng dụng của vật liệu biến hóa

Các ứng dụng của vật liệu biến hóa trong việc điều khiển hấp thụ sóng điện từ rất đa dạng. Chúng có thể được sử dụng trong các thiết bị viễn thông, cảm biến, và các hệ thống truyền thông không dây. Việc điều khiển tính chất điện từ của vật liệu thông qua điện áp và tác động cơ học cho phép phát triển các thiết bị có khả năng hoạt động linh hoạt hơn, tiết kiệm năng lượng và tăng cường hiệu suất. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại nhiều lợi ích thực tiễn cho ngành công nghiệp công nghệ cao.

V. Kết luận

Nghiên cứu về điều khiển hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa qua tác động cơ học và điện áp đã chỉ ra tiềm năng to lớn của các vật liệu này trong việc phát triển công nghệ mới. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và ứng dụng của chúng sẽ giúp thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị điện tử và viễn thông hiện đại. Các kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế và phát triển các vật liệu thông minh, có khả năng tự điều chỉnh theo điều kiện môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Vật liệu biến hóa (metamaterial - MM) là các cấu trúc nhân tạo sở hữu các tính chất điện từ không tồn tại trong tự nhiên nhờ việc thiết kế các ô cơ sở có kích thước nhỏ hơn bước sóng công tác. Trong các hướng phát triển của vật liệu biến hóa, vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ (metamaterial absorber - MA) đóng vai trò then chốt đối với các ứng dụng trong kỹ thuật viễn thông, cảm biến, thu hoạch năng lượng, che chắn và ngụy trang điện từ. Kể từ công trình thực nghiệm đầu tiên của Landy và cộng sự (2008), phần lớn các cấu trúc MA truyền thống được thiết kế dưới dạng cấu trúc thụ động (bị động). Các cấu trúc này có dải tần số làm việc và độ hấp thụ cố định sau khi chế tạo, dẫn đến sự thiếu linh hoạt khi hoạt động trong môi trường đòi hỏi sự biến đổi thích ứng theo thời gian thực.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu và luận án tiến sĩ trước đây về vật liệu biến hóa chủ yếu tập trung vào các cấu trúc có độ từ thẩm âm, chiết suất âm hoặc cấu trúc hấp thụ thụ động làm việc ở dải tần GHz hoặc THz. Tính chất điện từ của các vật liệu này bị cố định sau khi chế tạo. Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết là xây dựng các mô hình và cấu trúc MA có khả năng điều khiển chủ động các đặc trưng hấp thụ sóng điện từ (tần số cộng hưởng, cường độ hấp thụ, băng thông và chức năng hoạt động) thông qua hai phương thức tác động ngoại vi chính: tác động cơ học và điện áp ngoài.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án xác định hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Thiết kế và chế tạo các vật liệu biến hóa có khả năng điều khiển tính chất hấp thụ sóng điện từ bằng các tác động ngoại vi cơ học và điện áp.
2. Làm rõ cơ chế hấp thụ và sự biến đổi tính chất hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa dưới các tác động ngoại vi này.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Các cấu trúc vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có khả năng điều khiển tính chất hấp thụ bằng tác động ngoại vi cơ học (xoay góc giữa các lớp, biến dạng gấp nén origami, uốn cong) và bằng điện áp ngoài (tích hợp diode biến dung, màng dẫn điện).
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về dải tần: Vùng sóng vi ba (GHz) và vùng sóng terahertz (THz).
  • Về không gian và môi trường thực nghiệm: Quá trình tính toán lý thuyết, mô phỏng số, chế tạo mẫu bằng công nghệ quang khắc và đo đạc thực nghiệm được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước trong tài liệu

Tác giả đã hệ thống hóa lịch sử phát triển của vật liệu biến hóa và các công trình nền tảng:

• Năm 1898, Jagadis Chunder Bose đề xuất cấu trúc nhân tạo đầu tiên sử dụng các thành phần bất đối xứng phản chiếu (chiral).
• Năm 1914, Karl F. Lindman phát triển môi trường xoắn dây ngẫu nhiên để nghiên cứu sự tương tác sóng điện từ.
• Năm 1948, Winston E. Kock chế tạo thấu kính vi sóng nhân tạo bằng cách bố trí các mảng kim loại, dây và đĩa dẫn điện.
• Năm 1968, Victor Veselago công bố dự đoán lý thuyết về môi trường có đồng thời độ điện thẩm ($\varepsilon$) và độ từ thẩm ($\mu$) âm, chỉ ra các hiện tượng khúc xạ âm, truyền sóng ngược, dịch chuyển Doppler ngược và bức xạ Cerenkov ngược.
• Năm 1996 và 1999, John Pendry đề xuất mô hình lưới dây kim loại mỏng tạo độ điện thẩm hiệu dụng âm và cấu trúc vòng cộng hưởng có rãnh (Split-Ring Resonator - SRR) tạo độ từ thẩm hiệu dụng âm.
• Năm 2000, David R. Smith và cộng sự tại Đại học Duke thực hiện kiểm chứng thực nghiệm đầu tiên về vật liệu có chiết suất âm ở dải sóng vi ba.
• Năm 2008, Landy và cộng sự chế tạo thành công cấu trúc MA đầu tiên đạt độ hấp thụ mô phỏng 96% ở 11,48 GHz và thực nghiệm xấp xỉ 88% ở 11,5 GHz dựa trên cấu trúc SRR kết hợp dây cắt (Cut Wire - CW).

Đối với hướng điều khiển đặc trưng điện từ bằng tác động ngoại vi, luận án điểm lại các tiếp cận chính:

1. Điều khiển bằng cơ học: Kim và cộng sự (2017) sử dụng bộ truyền động cơ học Actuonix PQ12-P-100:1 để điều chỉnh độ dày lớp không khí từ 17 đến 26 mm trong MA vùng GHz, đạt hệ số điều khiển tuyến tính 0,12 GHz/mm. Piper và cộng sự (2021) sử dụng bệ dịch chuyển áp điện với độ chính xác $10 \pm 0,6\text{ nm}$ để điều khiển khoang không khí của MA vùng THz, điều chỉnh mức suy giảm phản xạ từ -34 dB đến -45,8 dB tại tần số 575,6 GHz và 591 GHz.
2. Điều khiển bằng điện áp ngoài: Yang Liu và cộng sự thiết kế MA băng tần S sử dụng màng Indium Tin Oxide (ITO) kết hợp diode biến dung (varactor), điều chỉnh điện dung từ 2,22 pF xuống 0,30 pF dưới điện áp 0 đến 20 V. Ở vùng THz, các cấu trúc sử dụng màng graphene kết hợp cấu trúc chữ thập Jerusalem điều khiển mức Fermi bằng điện áp 0 đến 6 V, làm thay đổi biên độ cộng hưởng 16 dB và hệ số phẩm chất $Q$ đạt 19.
3. Điều khiển bằng từ trường ngoài: Wang và cộng sự sử dụng các khối ferrite garnet sắt yttri (YIG) có từ hóa bão hòa $4\pi M_s = 1850\text{ Gs}$, $\varepsilon_r = 14,4$, độ rộng cộng hưởng $\Delta H = 20\text{ Oe}$ ở băng X, đạt hấp thụ 99% ở 9,1 GHz và 97% ở 9,48 GHz, dịch chuyển đỉnh hấp thụ khi tăng từ trường ngoài; cấu trúc ferrite dạng chữ U dải rộng.
4. Điều khiển bằng nhiệt độ: Wang và cộng sự (2022) đề xuất cấu trúc hấp thụ chuyển mạch nhiệt (TSMA) tích hợp vật liệu chuyển pha Vanadium Dioxide ($\text{VO}_2$).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Các công trình đi trước chủ yếu sử dụng cơ cấu truyền động cơ khí cồng kềnh hoặc chỉ khảo sát sự thay đổi đơn chức năng ở dải hẹp. Luận án lựa chọn giải quyết việc thiết kế các cấu trúc gọn nhẹ, có thể điều khiển trực tiếp thông qua:

• Xoay vị trí tương đối giữa các lớp phẳng trong cấu trúc đa lớp.
• Biến dạng hình học thông qua kỹ thuật gấp giấy origami (Origami-based Metamaterial - OBMM) và uốn cong cơ học ở vùng THz.
• Tích hợp linh kiện tích cực (diode biến dung) để chuyển đổi đa chức năng giữa hấp thụ sóng và xoay góc phân cực sóng điện từ (Bi-functional Metamaterial - BMM) cũng như điều khiển tần số hấp thụ đơn dải và kép dải.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và mô hình giải tích

• Lý thuyết môi trường hiệu dụng: Xử lý cấu trúc ô cơ sở nhân tạo tuần hoàn có kích thước nhỏ hơn bước sóng ($\lambda$) như một môi trường đồng nhất với các tham số vĩ mô hiệu dụng $\varepsilon_{eff}$ và $\mu_{eff}$.
• Mô hình Drude và cộng hưởng LC: Mô tả độ điện thẩm âm bằng mô hình plasma Drude ở tần số thấp hơn tần số plasma ($\omega_p$), và tính toán tần số cộng hưởng của vòng SRR hoặc cặp dây cắt (Cut-Wire Pair - CWP) theo công thức $f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$.
• Mô hình mạch tương đương đường truyền (Transmission Line - TL): Biểu diễn các lớp kim loại và điện môi bằng các phần tử điện trở ($R$), cảm kháng ($L$), dung kháng ($C$) và trở kháng đường truyền ($Z_d$). Điều kiện hấp thụ hoàn hảo đạt được khi trở kháng vào của vật liệu phối hợp hoàn toàn với trở kháng không gian tự do ($Z_{in} = Z_0$).
• Hệ thức tiêu tán năng lượng: Độ hấp thụ được tính từ hệ số phản xạ ($S_{11}$) và truyền qua ($S_{21}$) theo biểu thức $A(f) = 1 - |S_{11}|^2 - |S_{21}|^2$. Khi lớp đáy là kim loại liên tục ($S_{21} \approx 0$), $A(f) = 1 - |S_{11}|^2$. Tổn hao năng lượng diễn ra qua hai cơ chế chính: tổn hao điện môi (chiếm ưu thế ở vùng GHz) và tổn hao Ohmic (chiếm ưu thế ở vùng THz).

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp đồng thời bốn phương pháp:

1. Tính toán giải tích: Xây dựng mô hình mạch tương đương RLC và lý thuyết đường truyền để ước lượng tần số cộng hưởng và trở kháng bề mặt.
2. Mô phỏng số: Sử dụng phần mềm thương mại CST Microwave Studio (CST MWS) dựa trên kỹ thuật tích phân hữu hạn (Finite Integration Technique - FIT). Thiết lập các điều kiện biên tuần hoàn (unit cell) cho sóng điện trường ngang (TE) và từ trường ngang (TM), tính toán các tham số tán xạ $S_{11}, S_{21}$, phân bố mật độ dòng điện bề mặt và mật độ tổn hao công suất.
3. Phương pháp chế tạo:
   • Cấu trúc vùng GHz: Chế tạo trên tấm mạch in chuẩn FR-4 hoặc Rogers bằng phương pháp quang khắc (photolithography) và ăn mòn hóa học; kỹ thuật in mực dẫn điện gốc graphene (Graphene-based conductive ink - GCI) trên nền giấy gấp; hàn gắn linh kiện dán bề mặt (diode biến dung, tụ điện).
   • Cấu trúc vùng THz: Chế tạo màng kim loại và màng điện môi mỏng trên đế dẻo.
4. Phương pháp đo đạc thực nghiệm:
   • Hệ đo vi sóng vùng GHz: Máy phân tích mạng vector (Vector Network Analyzer - VNA) Rohde & Schwarz ZNB20 và Agilent/Keysight N9918A kết hợp hệ thống ăng-ten horn phát/thu và các ống dẫn sóng chuẩn (WR-284, WR-90).
   • Hệ đo vùng THz: Hệ phổ miền thời gian Terahertz (THz-TDS).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về vật liệu biến hóa điều khiển bằng tác động ngoại vi

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở vật lý của vật liệu biến hóa, phân loại cấu trúc MA thành ba nhóm chính:

1. Cấu trúc ba lớp kim loại - điện môi - kim loại (phổ biến nhất nhờ khả năng triệt tiêu sóng truyền qua bằng lớp kim loại mặt đáy và dễ phối hợp trở kháng).
2. Cấu trúc chỉ có kim loại.
3. Cấu trúc hai lớp kim loại - điện môi.

Chương này phân tích chi tiết các cơ chế điều khiển đặc tính điện từ thông qua các tác nhân ngoại vi: cơ học (thay đổi khoảng cách không khí, góc xoay), điện áp ngoài (thay đổi dung kháng diode varactor hoặc điện dẫn màng graphene), từ trường ngoài (dịch đỉnh cộng hưởng sắt từ của vật liệu ferrite/YIG), nhiệt độ (chuyển pha điện môi - kim loại của màng $\text{VO}_2$), và quang học (chiếu sáng làm biến đổi mật độ hạt dẫn trong chất bán dẫn GaAs).

Chương 2. Phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết quy trình tính toán, thiết kế, mô phỏng, công nghệ chế tạo và hệ thống đo đạc:

• Thiết lập mô hình giải tích mạch tương đương TL cho cấu trúc ba lớp.
• Quy trình mô phỏng trên phần mềm CST MWS: định nghĩa vật liệu, vẽ hình học ô cơ sở, gán điều kiện biên tuần hoàn và cổng kích thích sóng phẳng (Floquet port), trích xuất tham số $S$-parameters, phân tích phân bố dòng điện và tổn hao thể tích tại các tần số cộng hưởng.
• Quy trình công nghệ quang khắc tạo mẫu vi dải kim loại đồng, quy trình in vật liệu dẫn điện gốc graphene trên nền vật liệu mềm.
• Quy trình đo đạc thực nghiệm tham số tán xạ bằng máy phân tích mạng vector Rohde & Schwarz ZNB20 trong phòng thí nghiệm.

Chương 3. Điều khiển đặc tính hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học

Chương 3 trình bày các kết quả nghiên cứu điều khiển đặc trưng hấp thụ bằng ba kỹ thuật cơ học:

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                  ĐIỀU KHIỂN BẰNG TÁC ĐỘNG CƠ HỌC (CHƯƠNG 3)                 |
+--------------------------+----------------------------+---------------------+
| 1. Xoay góc tương đối    | 2. Gấp giấy Origami (OBMM) | 3. Uốn cong cấu trúc|
|    giữa các lớp (GHz)    |    (GHz)                   |    dẻo (THz)        |
+--------------------------+----------------------------+---------------------+
| - Cấu hình CRC và MRC    | - Mực graphene GCI         | - Kết hợp SP và SRR |
| - Bàn xoay cơ học        | - Chuyển Mode I & Mode II  | - Bán kính uốn cong |
| - Dịch tần số cộng hưởng | - Hấp thụ ở 5,8 & 15,1 GHz | - Đỉnh: 0,76; 0,91; |
|                          |                            |   0,94 THz          |
+--------------------------+----------------------------+---------------------+

1. Điều khiển bằng xoay vị trí tương đối giữa các lớp (vùng GHz):

   • Thiết kế MA đa lớp đặt trên ổ đỡ bàn xoay, gồm hai trạng thái: cấu hình vòng vuông góc (Crossed Ring Configuration - CRC) và cấu hình vòng đồng bộ (Matched Ring Configuration - MRC).
   • Khi quay góc giữa các lớp từ cấu hình CRC sang MRC, sự ghép nối điện dung và cảm ứng giữa các vòng cộng hưởng thay đổi, làm biến đổi rõ rệt phổ hấp thụ ở cả hai chế độ phân cực TE và TM. Kết quả đo đạc thực nghiệm trên hệ VNA kiểm chứng sự tương thích với mô phỏng.

2. Điều khiển độ hấp thụ bằng kỹ thuật gấp giấy origami (vùng GHz):

   • Thiết kế vật liệu biến hóa dựa trên origami (Origami-Based Metamaterial - OBMM) sử dụng mực dẫn điện graphene (GCI) in trên giấy.
   • Khi thay đổi góc gấp $\beta$, cấu trúc chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ hấp thụ (Chế độ I) và chế độ phản xạ (Chế độ II).
   • Ở Chế độ I, cấu trúc tạo ra hai đỉnh hấp thụ tại 5,8 GHz và 15,1 GHz. Độ dẫn điện của mực ($\sigma$), độ dày lớp kim loại ($t_m$), chiều cao ($h$) và góc gấp ($\beta$) được tối ưu hóa để duy trì tính chất hấp thụ ổn định đối với các góc tới và góc phân cực khác nhau.

3. Điều khiển dải tần số hấp thụ bằng cách uốn cong (vùng THz):

   • Thiết kế MA dẻo hoạt động ở vùng THz kết hợp hai cấu trúc cộng hưởng: cấu trúc dấu cộng có rãnh (Slotted Plus - SP) và cấu trúc vòng rãnh (SRR) trên lớp điện môi mỏng có độ dày $t_d = 10\ \mu\text{m}$.
   • Cấu trúc phẳng thể hiện ba đỉnh hấp thụ tại 0,76 THz, 0,91 THz và 0,94 THz tương ứng với các phân bố mật độ dòng điện bề mặt khác nhau.
   • Khi uốn cong mẫu với các bán kính uốn cong $R$ khác nhau, khoảng cách tương đối và sự tương tác điện từ giữa các ô cơ sở thay đổi, dẫn đến sự dịch chuyển có kiểm soát của các đỉnh tần số hấp thụ.

Chương 4. Điều khiển đặc tính hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài

Chương 4 trình bày hai hướng nghiên cứu chính sử dụng điện áp ngoài để điều khiển tính chất điện từ thông qua linh kiện tích cực:

+-----------------------------------------------------------------------------+
|                  ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN ÁP NGOÀI (CHƯƠNG 4)                   |
+---------------------------------------------+-------------------------------+
| 1. Vật liệu biến hóa đa chức năng (BMM)     | 2. Điều khiển tần số hấp thụ  |
|    (vùng GHz)                               |    bằng Diode biến dung       |
+---------------------------------------------+-------------------------------+
| - Điện áp 0 V: Chức năng hấp thụ tại        | - MA đơn băng tần:            |
|   3,84 GHz                                  |   4,7 GHz (0 V) -> 6,4 GHz    |
| - Điện áp -19 V: Chức năng xoay phân cực    |   (19 V)                      |
|   (PCR) tại 4,59 GHz và 4,86 GHz            | - MA băng tần kép:            |
| - Kích thước ô cơ sở: L = 24,5 mm           |   4,7 & 5,6 GHz (0 V) ->      |
|                                             |   6,3 & 6,9 GHz (-19 V)       |
+---------------------------------------------+-------------------------------+

1. Vật liệu biến hóa đa chức năng (BMM) chuyển đổi giữa hấp thụ và xoay góc phân cực:

   • Thiết kế cấu trúc ô đơn vị BMM tích hợp diode biến dung và tụ điện dán bề mặt. Các tham số cấu trúc hình học được xác định chính xác: chiều dài chu kỳ ô cơ sở $L = 24,5\text{ mm}$, bán kính vòng ngoài $R_1 = 10\text{ mm}$, bán kính vòng trong $R_2 = 5,8\text{ mm}$, độ rộng vệt dẫn $s = 1\text{ mm}$, khoảng cách $d = 8,5\text{ mm}$, khe hở $g = 0,5\text{ mm}$, độ sâu rãnh $h = 0,5\text{ mm}$, độ dày đế $t = 2\text{ mm}$, độ dày lớp kim loại $t_m = 0,035\text{ mm}$.
   • Khi điện áp phân cực đặt vào là $0\text{ V}$, cấu trúc hoạt động ở chế độ hấp thụ sóng điện từ hoàn hảo tại tần số 3,84 GHz với dòng điện cảm ứng phân bố đối song trên các lớp đồng.
   • Khi đặt điện áp phân cực ngược $-19\text{ V}$, điện dung diode thay đổi, cấu trúc chuyển đổi sang chức năng xoay góc phân cực (Polarization Conversion Ratio - PCR) với hiệu suất cao tại hai tần số 4,59 GHz và 4,86 GHz. Luận án phân tích pha và biên độ phản xạ theo hai phương trực giao $u$ và $v$ để chứng minh sự lệch pha $180^\circ$ tạo ra hiệu ứng quay phân cực.

2. Điều khiển tần số hấp thụ bằng điện áp ngoài cho cấu trúc đơn băng và đa băng:

   • Cấu trúc đơn băng tần: Tích hợp diode varactor vào ô cơ sở. Khi thay đổi điện áp phân cực từ $0\text{ V}$ lên $19\text{ V}$, tần số đỉnh hấp thụ dịch chuyển liên tục từ 4,7 GHz lên 6,4 GHz nhờ sự suy giảm điện dung hiệu dụng của diode.
   • Cấu trúc băng tần kép: Tích hợp các diode độc lập vào cấu trúc cộng hưởng đa vòng. Ở điện áp $0\text{ V}$, vật liệu xuất hiện hai đỉnh hấp thụ tại 4,7 GHz và 5,6 GHz. Khi đặt điện áp phân cực $-19\text{ V}$, hai đỉnh hấp thụ dịch chuyển đồng thời lên 6,3 GHz và 6,9 GHz.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Tổng hợp các thông số kỹ thuật và kết quả đo đạc chính

Dưới đây là bảng tổng hợp các cấu trúc vật liệu biến hóa tiêu biểu được thiết kế, mô phỏng và kiểm chứng thực nghiệm trong luận án:

Tên cấu trúc / Cơ chế điều khiển	Dải tần hoạt động	Tham số hình học / Linh kiện	Trạng thái điều khiển	Đặc trưng điện từ đo đạc / mô phỏng
MA đa lớp xoay cơ học (Chương 3)	GHz	Đa lớp kim loại - điện môi, đế xoay	Xoay từ CRC sang MRC	Dịch chuyển phổ hấp thụ ở cả phân cực TE và TM
OBMM gấp giấy Origami (Chương 3)	GHz	Mực graphene GCI trên giấy	Thay đổi góc gấp $\beta$	Chuyển đổi giữa Hấp thụ (Chế độ I: 5,8 & 15,1 GHz) và Phản xạ (Chế độ II)
MA dẻo uốn cong (Chương 3)	THz	Cấu trúc SP + SRR, $t_d = 10\ \mu\text{m}$	Thay đổi bán kính uốn cong $R$	Điều khiển 3 đỉnh hấp thụ tại 0,76 THz; 0,91 THz; 0,94 THz
BMM đa chức năng (Chương 4)	GHz	$L = 24,5\text{ mm}$, Diode varactor + Tụ điện	Điệp áp phân cực $0\text{ V}$	Chức năng hấp thụ tại tần số cộng hưởng 3,84 GHz
			Điện áp phân cực $-19\text{ V}$	Chức năng xoay góc phân cực (PCR) tại 4,59 GHz và 4,86 GHz
MA điều khiển tần số đơn dải (Chương 4)	GHz	Ô cơ sở tích hợp Diode varactor	Điện áp $0\text{ V} \rightarrow 19\text{ V}$	Đỉnh hấp thụ dịch chuyển từ 4,7 GHz lên 6,4 GHz
MA điều khiển tần số kép dải (Chương 4)	GHz	Cấu trúc cộng hưởng kép tích hợp Diode	Điện áp $0\text{ V}$	Hai đỉnh hấp thụ tại 4,7 GHz và 5,6 GHz
			Điện áp $-19\text{ V}$	Hai đỉnh hấp thụ dịch lên 6,3 GHz và 6,9 GHz

Các đóng góp mới của luận án

Theo công bố của tác giả, luận án có các đóng góp mới sau:

1. Thiết kế và chế tạo thành công các cấu trúc vật liệu biến hóa có khả năng điều khiển chủ động tính chất hấp thụ sóng điện từ bằng các tác động cơ học đơn giản: xoay tương đối giữa các lớp, biến dạng gấp origami và uốn cong trên đế dẻo.
2. Làm rõ cơ chế vật lý và nguyên lý điều khiển tính chất hấp thụ sóng điện từ thông qua việc thay đổi phân bố dòng điện cảm ứng và biến đổi trở kháng bề mặt khi chịu tác động cơ học.
3. Thiết kế và chế tạo thành công vật liệu biến hóa đa chức năng (BMM) điều khiển bằng điện áp ngoài, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa chức năng hấp thụ sóng điện từ hoàn hảo và chức năng xoay góc phân cực sóng điện từ.
4. Thiết kế và chế tạo thành công các cấu trúc MA đơn dải và kép dải có khả năng điều chỉnh liên tục tần số cộng hưởng hấp thụ trong dải GHz bằng cách thay đổi giá trị điện áp phân cực đặt lên linh kiện bán dẫn tích hợp.
5. Xây dựng hoàn chỉnh mô hình mạch điện tương đương kết hợp mô phỏng trường điện từ số để giải thích chính xác bản chất tương tác sóng điện từ trong các cấu trúc biến hóa tái cấu hình.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

• Dải điều khiển điện áp của các cấu trúc tích hợp diode biến dung bị giới hạn bởi các thông số điện dung cực đại, cực tiểu và điện trở ký sinh của linh kiện thương mại.
• Cấu trúc origami và cấu trúc uốn cong THz phụ thuộc vào độ bền mỏi cơ học của vật liệu nền (giấy, màng polymer) sau nhiều chu kỳ biến dạng liên tục.
• Phạm vi khảo sát thực nghiệm tập trung vào các dải tần số cụ thể ở vùng vi ba (băng S, C, X) và terahertz thấp, chưa bao phủ toàn bộ dải sóng milimet hoặc hồng ngoại.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

Căn cứ vào phần kiến nghị của luận án, các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm:

1. Nghiên cứu mở rộng băng thông hấp thụ bằng cách kết hợp nhiều cơ chế cộng hưởng hoặc xếp chồng nhiều tầng cấu trúc điều khiển độc lập.
2. Tích hợp các loại vật liệu mới như vật liệu 2D (graphene nhiều lớp, $\text{MoS}_2$) hoặc vật liệu chuyển pha ($\text{VO}_2$, hợp kim nhớ hình) nhằm giảm thiểu kích thước và loại bỏ sự phụ thuộc vào linh kiện dán rời.
3. Tối ưu hóa độ bền cơ học của cấu trúc origami và phát triển cơ cấu điều khiển tự động hóa tích hợp vi điều khiển.
4. Ứng dụng các cấu trúc vật liệu biến hóa điều khiển được vào các hệ thống ăng-ten mảng pha, cảm biến độ nhạy cao và bề mặt phản xạ thông minh (RIS) cho mạng truyền thông thế hệ mới.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học: Tham khảo quy trình mô hình hóa giải tích mạch tương đương TL, phương pháp thiết lập mô phỏng ô cơ sở trên CST Microwave Studio và kỹ thuật đo đạc tán xạ vi sóng bằng máy phân tích mạng vector (VNA).
• Giảng viên và nhà nghiên cứu ngành Vật liệu điện tử, Vật lý chất rắn, Kỹ thuật vô tuyến và Viễn thông: Khai thác các thiết kế cấu trúc cộng hưởng đa chức năng (BMM) và cấu trúc biến dạng hình học (Origami, uốn cong) phục vụ giảng dạy và phát triển các đề tài liên quan đến bề mặt chọn lọc tần số (FSS) và vật liệu tàng hình.
• Kỹ sư thiết kế phần cứng cao tần: Ứng dụng các sơ đồ phối hợp trở kháng và mạch tích hợp diode biến dung để chế tạo các bộ lọc, bộ hấp thụ hoặc bộ xoay phân cực có thể tái cấu hình trong các hệ thống radar và thiết bị viễn thông.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Sự khác biệt cốt lõi giữa luận án này và các công trình nghiên cứu vật liệu biến hóa trước đây tại Việt Nam là gì?

Các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam chủ yếu tập trung vào vật liệu biến hóa thụ động (bị động), trong đó các tham số cấu trúc hình học và tính chất điện từ bị cố định sau khi chế tạo. Luận án này tập trung vào vật liệu biến hóa chủ động có thể tái cấu hình, cho phép điều khiển linh hoạt tần số, biên độ hấp thụ hoặc chuyển đổi chức năng làm việc sau khi chế tạo thông qua tác động cơ học và điện áp ngoài.

2. Cấu trúc vật liệu biến hóa đa chức năng (BMM) hoạt động như thế nào ở hai mức điện áp 0 V và -19 V?

Ở mức điện áp phân cực $0\text{ V}$, diode varactor duy trì điện dung lớn, phối hợp trở kháng với không gian tự do đạt tối ưu, cấu trúc hoạt động như một bộ hấp thụ sóng điện từ hoàn hảo tại tần số 3,84 GHz. Khi đặt điện áp phân cực ngược $-19\text{ V}$, điện dung diode giảm xuống mức cực tiểu, làm mất tính đối xứng phân bố dòng và tạo ra độ lệch pha $180^\circ$ giữa hai thành phần điện trường trực giao, chuyển cấu trúc sang chức năng xoay góc phân cực sóng điện từ (PCR) tại 4,59 GHz và 4,86 GHz.

3. Nguyên lý chuyển đổi giữa hai chế độ hấp thụ và phản xạ của cấu trúc origami (OBMM) trong luận án là gì?

Cấu trúc OBMM sử dụng mực dẫn điện graphene (GCI) in trên giấy gấp. Khi thay đổi góc gấp $\beta$, vị trí tương đối và khoảng cách giữa các phần tử cộng hưởng thay đổi. Ở Chế độ I, cấu trúc tạo ra sự phối hợp trở kháng hoàn hảo với không gian tự do, dẫn đến hấp thụ mạnh tại 5,8 GHz và 15,1 GHz. Ở Chế độ II (khi hình dạng hình học bị biến đổi làm lệch trở kháng vào), sóng điện từ bị phản xạ gần như hoàn toàn.

4. Tần số hấp thụ của MA tích hợp diode biến dung thay đổi như thế nào khi tăng điện áp phân cực ngược?

Khi tăng điện áp phân cực ngược trên diode biến dung, độ dày vùng nghèo của diode tăng lên làm cho điện dung chuyển tiếp $C_t$ giảm xuống, kéo theo tổng điện dung hiệu dụng $C$ của mạch cộng hưởng giảm. Theo công thức tần số cộng hưởng $f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$, tần số đỉnh hấp thụ sẽ dịch chuyển về phía vùng tần số cao hơn (từ 4,7 GHz lên 6,4 GHz đối với cấu trúc đơn băng).

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Lê Văn Long đã giải quyết bài toán điều khiển chủ động đặc trưng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học và điện áp ngoài ở vùng tần số GHz và THz. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa tính toán giải tích mạch tương đương, mô phỏng số trên CST Microwave Studio, công nghệ chế tạo quang khắc/in mạch và đo đạc thực nghiệm trên hệ VNA/THz-TDS, tác giả đã chế tạo thành công các cấu trúc MA đa lớp xoay, cấu trúc gấp giấy origami, cấu trúc uốn cong dẻo và cấu trúc đa chức năng BMM. Các kết quả của công trình đóng góp cơ sở khoa học cho việc phát triển các thiết bị điện từ thông minh, có khả năng tái cấu hình và đáp ứng linh hoạt theo thời gian thực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

: Bà GIÁO DĀC VIàN HÀN LÂM KHOA HâC VÀ ĐÀO T¾O VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM HàC VIàN KHOA HàC VÀ CÔNG NGHà Lê Văn Long NGHIÊN CĄU ĐIÀU KHIÂN Đ¾C TR¯NG HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BI¾N HÓA BÄNG TÁC ĐÞNG C¡ HàC VÀ ĐIàN ÁP LUÀN ÁN TI¾N S) VÀT LIàU ĐIàN TĈ Hà Nßi - 2024 Bà GIÁO DĀC VIàN HÀN LÂM KHOA HâC VÀ ĐÀO T¾O VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM HàC VIàN KHOA HàC VÀ CÔNG NGHà Lê Văn Long NGHIÊN CĄU ĐIÀU KHIÂN Đ¾C TR¯NG HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BI¾N HÓA BÄNG TÁC ĐÞNG C¡ HàC VÀ ĐIàN ÁP LUÀN ÁN TI¾N S) VÀT LIàU ĐIàN TĈ Mã sá: 9 44 01 23 Xác nhÁn căa Hác vián Ng°ái h°ßng d¿n 1 Ng°ái h°ßng d¿n 1 Khoa hác và Công nghá TS. Bùi S¢n Tùng GS. Vũ Đình Lãm Hà Nßi - 2024 ii LàI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cąu khoa hãc căa riêng tôi d°ßi sự h°ßng d¿n căa GS. Vũ Đình Lãm và TS.

Các sá liáu, kÃt quÁ trình bày trong luÁn án đ°ÿc trích d¿n l¿i tć các bài báo đã đ°ÿc xuÃt bÁn căa tôi và các cáng sự. Các sá liáu, kÃt quÁ nghiên cąu là trung thực và ch°a đ°ÿc công bá trong bÃt kỳ công trình nào khác. Tác giÁ luÁn án Lê Văn Long iii LàI CÀM ¡N Tr°ßc hÃt, nghiên cąu sinh muán thÇ hián lòng biÃt ¢n chân thành và sâu sÃc đái vßi hai ng°ái thÅy vô cùng quý báu, GS. Vũ Đình Lãm và TS.

Không gì có thÇ t°ÿng tr°ng cho mąc đá biÃt ¢n căa nghiên cąu sinh đái vßi thái gian, tâm huyÃt và kiÃn thąc mà các thÅy đã dành đÇ h°ßng d¿n và đánh h°ßng cho hành trình nghiên cąu khoa hãc căa nghiên cąu sinh. Các thÅy không chß đ¢n thuÅn là ng°ái h°ßng d¿n, mà còn là nguãn cÁm hąng quý báu, luôn truyÅn lÿa, đáng viên và giúp đỡ nghiên cąu sinh v°ÿt qua nhāng khó khn trong suát quá trình hãc tÁp, nghiên cąu và hoàn thián luÁn án. Không thÇ không bày tß lòng biÃt ¢n tßi TS. Bùi Xuân KhuyÃn tć Vián Khoa hãc vÁt liáu, thÅy đã chia s¿ tÁn tình và hß trÿ mát cách chân thành trong hành trình thực hián luÁn án căa nghiên cąu sinh.

Sự tÁn tāy và sự hß trÿ nhiát tình tć thÅy đã là nguãn đáng viên m¿nh mÁ, giúp tôi v°ÿt qua nhāng thách thąc trong công viác nghiên cąu và tiÃn gÅn h¢n đÃn māc tiêu căa mình. Nghiên cąu sinh không thÇ không gÿi lái cÁm ¢n chân thành đÃn toàn bá đái ngũ các thÅy cô và đãng nghiáp t¿i Phòng VÁt lý vÁt liáu tć và siêu d¿n, cũng nh° Phòng Công nghá plasma thuác Vián Khoa hãc vÁt liáu. Sự hß trÿ và t¿o điÅu kián thuÁn lÿi tć phía các thÅy cô và đãng nghiáp đã góp phÅn quan trãng, t¿o nên môi tr°áng thích hÿp cho quá trình hãc tÁp và nghiên cąu căa nghiên cąu sinh. Không thÇ không nhÃc đÃn sự đãng hành và hß trÿ không ngćng tć các thÅy cô giáo, nghiên cąu sinh và hãc viên cao hãc t¿i Nhóm nghiên cąu VÁt liáu biÃn hóa cũng nh° Phòng VÁt liáu biÃn hoá và ąng dāng thuác Vián Khoa hãc vÁt liáu.

Sự chia s¿ kiÃn thąc, h°ßng d¿n và sự đãng cÁm đã giúp nghiên cąu sinh v°ÿt qua nhāng thách thąc và hoàn thành luÁn án này mát cách tát nhÃt trong khÁ nng. Nghiên cąu sinh muán bày tß lòng biÃt ¢n sâu sÃc đÃn Hãc vián Khoa hãc và Công nghá, cùng vßi Vián Khoa hãc vÁt liáu, đã t¿o điÅu kián thuÁn lÿi trong suát quá trình hãc tÁp và thực hián luÁn án căa nghiên cąu sinh. CÁm giác đ°ÿc ã trong môi tr°áng có sự đãng cÁm và hß trÿ đã giúp nghiên cąu sinh tự tin h¢n trong viác theo đuåi māc tiêu nghiên cąu căa mình. iv Nghiên cąu sinh cũng xin bày tß lòng biÃt ¢n đ¿c biát đÃn Th°áng vā ĐÁng uỷ, Ban Lãnh đ¿o và các c¢ quan thuác Trung tâm Nhiát đßi Viát - Nga đã t¿o mãi điÅu kián thuÁn lÿi cho nghiên cąu sinh trong quá trình hãc tÁp và thực hián luÁn án.

LuÁn án này cũng không thÇ thiÃu sự ăng há và tài trÿ tć đÅ tài, dự án nghiên cąu thuác Quỹ Phát triÇn Khoa hãc và Công nghá Quác gia (NAFOSTED), mã sá 103. Sự hß trÿ tć Quỹ đã cung cÃp cho nghiên cąu sinh c¢ hái thực hián nhāng nghiên cąu có ý nghĩa và có tiÅm nng ąng dāng trong thực tÃ. Cuái cùng, nghiên cąu sinh muán dành nhāng lái cÁm ¢n chân thành tßi gia đình và b¿n bè. Sự ăng há không ngćng, sự tin t°ãng và tình th°¢ng vô điÅu kián tć gia đình và b¿n bè đã là nguãn đáng viên to lßn, giúp nghiên cąu sinh v°ÿt qua mãi khó khn và đ¿t đ°ÿc thành công trong hành trình thực hián luÁn án này.

Tác giÁ luÁn án Lê Văn Long v MĀC LĀC LàI CAM ĐOAN. ii LàI CÀM ¡N. iii DANH MĀC CÁC CHĀ VIÂT TÂT VÀ KÝ HIàU. viii DANH MĀC CÁC BÀNG BIÆU.

xi DANH MĀC CÁC HÌNH VÀ VÀ Đâ THà. TäNG QUAN VÄ VÀT LIàU BIÂN HÓA ĐIÄU KHIÆN BÄNG TÁC ĐàNG NGO¾I VI. VÁt liáu biÃn hóa hÃp thā sóng đián tć và nguyên lý ho¿t đáng. Đặc trưng điện từ cÿa vật liệu biến hóa dựa trên nguyên lý cộng hưáng.

Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ và phân lo¿i cấu trúc. Nguyên lý điÅu khiÇn tính chÃt đián tć căa vÁt liáu biÃn hóa bÅng tác đáng ngo¿i vi. Điều khiển tính chất điện từ cÿa vật liệu biến hóa bằng tác động cơ học. Điều khiển tính chất điện từ cÿa vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài.

Điều khiển tính chất điện từ cÿa vật liệu biến hóa bằng từ trưßng ngoài. Điều khiển tính chất điện từ cÿa vật liệu biến hóa bằng nhiệt độ. Điều khiển tính chất điện từ cÿa vật liệu biến hóa bằng quang học. TiÅm nng ąng dāng căa vÁt liáu biÃn hóa hÃp thā sóng đián tć điÅu khiÇn bÅng tác đáng ngo¿i vi c¢ hãc và đián áp.

Āng dụng cÿa vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngo¿i vi cơ học. Āng dụng cÿa vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ điều khiển bằng tác động ngo¿i vi điện áp. KÃt luÁn ch°¢ng 1. PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU.

Ph°¢ng pháp tính toán tính chÃt đián tć căa vÁt liáu biÃn hóa. Mô hình m¿ch điện tương đương. Trá kháng cÿa vật liệu. Ph°¢ng pháp mô phßng vÁt liáu biÃn hóa.

Phần mềm mô phỏng CST Microwave. Thiết kế cấu trúc vật liệu. Mô phỏng và phân tích các đặc trưng điện từ cÿa vật liệu. Ph°¢ng pháp chà t¿o vÁt liáu biÃn hóa.

Ph°¢ng pháp đo đ¿c tính chÃt đián tć căa vÁt liáu biÃn hóa. KÃt luÁn ch°¢ng 2. ĐIÄU KHIÆN Đ¾C TÍNH HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BIÂN HOÁ BÄNG TÁC ĐàNG C¡ HâC. ĐiÅu khiÇn dÁi tÅn sá hÃp thā sóng đián tć ã vùng GHz bÅng cách xoay vá trí t°¢ng đái giāa các lßp trong vÁt liáu biÃn hóa.

Cấu trúc vật liệu biến hóa đa lớp. Điều khiển dÁi tần số hấp thụ cÿa vật liệu biến hóa bằng cách thay đổi vị trí tương đối giữa các lớp. ĐiÅu khiÇn đá hÃp thā sóng đián tć ã vùng GHz bÅng cách biÃn đåi hình d¿ng cÃu trúc vÁt liáu biÃn hóa dựa trên kỹ thuÁt gÃp giÃy origami. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa làm từ giấy.

Điều khiển độ hấp thụ cÿa vật liệu biến hóa bằng kỹ thuật gấp giấy origami. ĐiÅu khiÇn dÁi tÅn sá hÃp thā sóng đián tć ã vùng THz bÅng cách uán cong vÁt liáu biÃn hóa. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ á vùng THz có khÁ năng uốn cong. Điều khiển dÁi tần số hấp thụ cÿa vật liệu biến hóa bằng cách uốn cong.

KÃt luÁn ch°¢ng 3. ĐIÄU KHIÆN Đ¾C TÍNH HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BIÂN HOÁ BÄNG ĐIàN ÁP NGOÀI. VÁt liáu biÃn hóa đa chąc nng ho¿t đáng ã vùng GHz có khÁ nng chuyÇn đåi giāa chąc nng hÃp thā và chąc nng xoay góc phân cực căa sóng đián tć. Cấu trúc vật liệu biến hóa đa chāc năng.

Chuyển đổi giữa chāc năng hấp thụ sóng điện từ và chāc năng xoay góc phân cực cÿa sóng điện từ bằng điện áp ngoài. ĐiÅu khiÇn tÅn sá hÃp thā sóng đián tć bÅng đián áp dựa trên linh kián ngo¿i vi đ°ÿc tích hÿp vào vÁt liáu biÃn hóa. Mô hình thiết kế vật liệu biến hóa có khÁ năng điều khiển tần số hấp thụ bằng điện áp ngoài. Điều khiển tần số hấp thụ cÿa vật liệu biến hóa bằng điện áp ngoài.

KÃt luÁn ch°¢ng 4. 106 KÂT LUÀN CHUNG. 109 KIÂN NGHà NHĀNG NGHIÊN CĄU TIÂP THEO. 111 DANH MĀC CÔNG TRÌNH CÔNG Bà LIÊN QUAN ĐÂN LUÀN ÁN.

112 TÀI LIàU THAM KHÀO. 113 viii DANH MĀC CÁC CHþ VI¾T TÂT VÀ KÝ HIàU 1. Danh māc các ký hiáu vi¿t tÃt AM Đá hÃp thā C Dung kháng E Đián tr°áng f TÅn sá H Tć tr°áng k H°ßng truyÅn sóng L CÁm kháng PCR Há sá chuyÇn đåi phân cực R Đián trã RM Đá phÁn x¿ S11 Tham sá phÁn x¿ S21 Tham sá truyÅn qua TM Đá truyÅn qua V Đián áp Z Trã kháng ix 2. Danh māc chÿ vi¿t tÃt Vi¿t tÃt Nguyên bÁn ti¿ng Anh T¿m dßch a-SRR Asymmetric split-ring resonator Vòng cáng h°ãng có rãnh bÃt đái xąng BMM Bi-functional metamaterial VÁt liáu biÃn hóa đa chąc nng CRC Crossed ring configuration CÃu hình vòng vuông góc CST Computer Simulation PhÅn mÅm mô phßng t°¢ng tác MWS Technology, Microwave studio đián tć CW Cut wire Dây bá cÃt CWP Cut-wire pair C¿p dây bá cÃt DPC Dual polarization-conversion ChuyÇn đåi phân cực dÁi kép FIT Finite integration technique Kỹ thuÁt tích phân hāu h¿n FWHM Full width at half maximum Đá bán ráng phå GCI Graphene-based conductive ink Mực d¿n đián dựa trên graphene MA Metamaterial absorber VÁt liáu biÃn hóa hÃp thā sóng đián tć MM Metamaterial VÁt liáu biÃn hóa MRC Matched ring configuration CÃu hình vòng đãng bá OBMM Origami-based metamaterial VÁt liáu biÃn hóa dựa trên kỹ thuÁt gÃp giÃy SP Slotted plus CÃu trúc cáng h°ãng d¿ng dÃu cáng SPA Single-peak absorption HÃp thā đ¢n đßnh SRR Split-ring resonator Vòng cáng h°ãng có rãnh s-SRR Symmetric split-ring resonator Vòng cáng h°ãng có rãnh đái xąng TE Transverse electric Đián tr°áng ngang TL Transmission line Đ°áng truyÅn x TM Transverse magnetic Tć tr°áng ngang TSMA Thermal-switchable metamaterial VÁt liáu biÃn hóa hÃp thā sóng absorber đián tć điÅu khiÇn bÅng nhiát đá VNA Vector Network Analyzer Máy phân tích m¿ng véct¢ xi DANH MĀC CÁC BÀNG BIÂU BÁng 1.

BÁng giá trá các tham sá cÃu trúc căa MA đ°ÿc tích hÿp VO2.