Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O VIàN HÀN LÂM KHOA HàC VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM HàC VIàN KHOA HàC VÀ CÔNG NGHà D°¢ng Thß Hà NGHIÊN CĄU Đ¾C TR¯NG HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BI¾N HÓA CÞNG H¯âNG BÀC CAO CÓ TÍNH NNG ĐÀN HâI â VÙNG TÄN Sà GHz LUÀN ÁN TI¾N S) VÀT LIàU ĐIàN TĈ Hà Nội - 2024 Bà GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O VIàN HÀN LÂM KHOA HàC VÀ CÔNG NGHà VIàT NAM HàC VIàN KHOA HàC VÀ CÔNG NGHà D°¢ng Thß Hà NGHIÊN CĄU Đ¾C TR¯NG HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BI¾N HÓA CÞNG H¯âNG BÀC CAO CÓ TÍNH NNG ĐÀN HâI â VÙNG TÄN Sà GHz LUÀN ÁN TI¾N S) VÀT LIàU ĐIàN TĈ Mã sá: 9440123 Xác nhÁn căa Hác vián Ng°ái h°ßng d¿n 1 Ng°ái h°ßng d¿n 2 Khoa hác và Công nghá (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TS. Bùi Xuân Khuy¿n GS. Vũ Đình Lãm Hà Nội - 2024 LàI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án: <Nghiên cứu đặc trưng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu biến hóa cộng hưởng bậc cao có tính năng đàn hồi ở vùng tần số GHz” là công trình nghiên cāu cÿa chính mình d°ới sự h°ớng dẫn khoa hác cÿa tập thể h°ớng dẫn. Luận án sử dāng thông tin trích dẫn từ nhiều nguồn tham khÁo khác nhau và các thông tin trích dẫn đ°ÿc ghi rõ nguồn gốc.
Các kết quÁ nghiên cāu cÿa tôi đ°ÿc công bố chung với các tác giÁ khác đã đ°ÿc sự nhất trí cÿa đồng tác giÁ khi đ°a vào luận án. Các số liáu, kết quÁ đ°ÿc trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và ch°a từng đ°ÿc công bố trong bất kỳ mát công trình nào khác ngoài các công trình công bố cÿa tác giÁ. Luận án đ°ÿc hoàn thành trong thßi gian tôi làm nghiên cāu sinh t¿i Hác vián Khoa hác và Công nghá, Vián Hàn lâm Khoa hác và Công nghá Viát Nam. Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2024 Tác giÁ luÁn án (Ký và ghi rõ họ tên) D°¢ng Thß Hà LàI CÀM ¡N Lßi đầu tiên, tôi xin đ°ÿc gửi lßi cÁm ¡n chân thành và sâu sắc nhất tới GS.
Vũ Đình Lãm và TS. Bùi Xuân Khuyến, hai thầy đã luôn tận tình h°ớng dẫn, đßnh h°ớng kßp thßi và t¿o điều kián thuận lÿi nhất để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cÁm ¡n Ban Lãnh đ¿o cùng các Phòng chāc năng cÿa Hác vián Khoa hác và Công nghá, Ban Lãnh đ¿o Vián Khoa hác vật liáu đã t¿o điều kián về môi tr°ßng hác tập-nghiên cāu chuyên nghiáp-hián đ¿i trong suốt quá trình tôi thực hián các kết quÁ cÿa luận án. Tôi xin chân thành cÁm ¡n TS.
Bùi S¡n Tùng, các Thầy-Cô, anh chß đồng nghiáp t¿i Phòng Vật liáu biến hóa và āng dāng và Phòng Vật lý Vật liáu từ và siêu dẫn - Vián Khoa hác vật liáu đã hß trÿ về triển khai các ý t°áng/nhiám vā khoa hác, t¿o điều kián cho tôi về c¡ sá vật chất trong quá trình thực hián luận án. Tôi xin chân thành cÁm ¡n Thầy-Cô giáo cùng đồng nghiáp t¿i Khoa Vật lý, Ban lãnh đ¿o và các Phòng chāc năng cÿa Tr°ßng Đ¿i hác S° ph¿m (Đ¿i hác Thái Nguyên), n¡i tôi đang công tác đã giúp đỡ tôi về sắp xếp công viác chuyên môn t¿i c¡ quan giúp tôi đÁm bÁo tiến đá thực hián luận án. Tôi xin cÁm ¡n Quỹ Đổi mới sáng t¿o Vingroup (VINIF), Vián Nghiên cāu Dữ liáu lớn đã tài trÿ Hác bổng tiến sĩ trong n°ớc (Mã số VINIF.092) cho tôi trong quá trình tôi thực hián luận án. Cuối cùng, tôi xin cÁm ¡n gia đình và đồng nghiáp đã luôn truyền đáng lực, t¿o mái điều kián thuận lÿi để tôi hoàn thành luận án này.
Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2024 Tác giÁ luÁn án (Ký và ghi rõ họ tên) D°¢ng Thß Hà MĀC LĀC DANH MĀC CÁC KÍ HIàU, CHĊ VI¾T TÂT. ii DANH MĀC HÌNH VẼ, Đâ THÞ. TäNG QUAN VÀ VÀT LIàU BI¾N HÓA. Tổng quan về vật liáu biến hóa hấp thā m¿nh sóng đián từ (MPA).
Lßch sử hình thành và phát triển cÿa MPA. Phân lo¿i MPA. C¡ chế hấp thā sóng đián từ cÿa MPA trong vùng tần số GHz. Lý thuyết cáng h°áng bậc cao cÿa MPA.
Đặc tr°ng đián từ cÿa vật liáu biến hóa hấp thā sóng đián từ có cáng h°áng bậc cao (H-MPA). Lý thuyết m¿ch t°¡ng đ°¡ng cho cáng h°áng bậc cao. Đặc tính đián từ cÿa mát số cấu trúc H-MPA. Cấu trúc đĩa tròn và vòng cáng h°áng hình tròn.
Cấu trúc đĩa tròn bß cắt. CÁi tiến ho¿t đáng cÿa MPA dựa trên tính đàn hồi cÿa vật liáu. MPA đàn hồi dựa trên lớp đián môi polyimide. MPA đàn hồi dựa trên lớp đián môi Polydimethylsiloxane (PDMS).
MPA đàn hồi có lớp đián môi làm từ giấy. Kết luận ch°¡ng. PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU. Ph°¡ng pháp mô phỏng tính chất đián từ cÿa H-MPA đàn hồi.
Mô hình tính toán các tham số hiáu dāng cÿa H-MPA. Mô hình m¿ch đián LC. Tính toán trá kháng hiáu dāng. Ph°¡ng pháp chế t¿o H-MPA ho¿t đáng trong vùng tần số GHz.
Ph°¡ng pháp thực nghiám đánh giá đặc tr°ng đián từ cÿa H-MPA. Kết luận ch°¡ng. Đ¾C TR¯NG HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CĂA VÀT LIàU BI¾N HÓA CÞNG H¯âNG TĆ BÀC LẺ. Tối °u cấu trúc H-MPA tích hÿp tā đián ho¿t đáng trong cÁ hai băng tần VHF (30 - 300 MHz) và S (2,0 – 4,0 GHz).
Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA có cấu trúc cáng h°áng hình vuông, ch°a đ°ÿc tích hÿp tā đián. Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA đ°ÿc tích hÿp tā đián. KhÁo sát Ánh h°áng cÿa tā đián đến tính chất hấp thā cÿa vật liáu. Ành h°áng cÿa góc tới sóng đián từ lên đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA.
Tối °u cấu trúc H-MPA đàn hồi ho¿t đáng trong băng tần UHF (300 MHz – 1000 MHz) và băng tần L (1,0 – 2,0 GHz). Thiết kế mô phỏng H-MPA đàn hồi. Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA cáng h°áng từ bậc ba á tr¿ng thái phẳng. Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA cáng h°áng từ bậc ba á các tr¿ng thái biến d¿ng khác nhau.
Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA đàn hồi trong vùng tần số THz. Thiết kế cấu trúc H-MPA đàn hồi ho¿t đáng trong vùng THz. Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA đàn hồi ho¿t đáng trong vùng THz. Kết luận ch°¡ng.
Đ¾C TR¯NG HÂP THĀ SÓNG ĐIàN TĆ CÓ TÍNH NNG ĐÀN HâI. Tối °u cấu trúc cÿa H-MPA cáng h°áng từ bậc hai có tính năng đàn hồi. Thiết kế cấu trúc H-MPA cáng h°áng từ bậc hai. Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA cáng h°áng từ bậc hai á tr¿ng thái phẳng.
Đặc tr°ng hấp thā cÿa H-MPA cáng h°áng từ bậc hai á tr¿ng thái uốn cong. Cáng h°áng từ bậc hai trong cấu trúc cáng h°áng d¿ng gấp khúc. Thiết kế và chế t¿o vật liáu. Ành h°áng cÿa các tham số cấu trúc và sự phân cực sóng đián từ lên đặc tr°ng hấp thā cÿa vật liáu á tr¿ng thái phẳng.
Cáng h°áng từ bậc hai khi sóng đián từ tới bề mặt cấu trúc theo h°ớng xiên góc. Cáng h°áng từ bậc hai khi cấu trúc bß uốn cong. Kết luận ch°¡ng. 124 DANH MĀC TÀI LIàU THAM KHÀO.
137 i DANH MĀC CÁC KÍ HIàU, CHĊ VI¾T TÂT Chċ vi¿t tÃt/ Ti¿ng Anh Ti¿ng Viát Kí hiáu A Absorption Đá hấp thā C C band Vùng tần số từ 4,0 đến 8,0 GHz CST Computer Simulation Công nghá mô phỏng bằng Technology máy tính CW Cut Wire Thanh kim lo¿i CWP Cut – Wire Pair Cặp thanh kim lo¿i DEC Differential Equivalent-Circuit M¿ch t°¡ng đ°¡ng cho cáng h°áng bậc cao EM Electromagnetic Đián từ FWHM Full Width at Half Maximum Đá ráng á nửa cực đ¿i FBW Fractional Banwidth Đá ráng tỉ đối FR-4 Fire Retardant Vật liáu đián môi FR-4 FIT Finite Integration Technique Kĩ thuật tích phân hữu h¿n H-MPA High-order Metamaterial Vật liáu biến hóa hấp thā sóng perfect absorber đián từ cáng h°áng bậc cao L L band Vùng tần số từ 1,0 đến 2,0 GHz MMs Metamaterials Vật liáu biến hóa MPA Metamaterial perfect absorber Vật liáu biến hóa hấp thā m¿nh sóng đián từ NIR Near Infrared Hồng ngo¿i gần PDMS Polydimethylsiloxane Vật liáu Polydimethylsiloxane PCB Printed Circuit Board BÁng m¿ch in S S band Vùng tần số từ 2,0 đến 4,0 GHz SRR Split-Ring Resonator Vòng cáng h°áng có rãnh RCS Radar cross section Tiết dián radar R Reflection Đá phÁn x¿ TE Transverse Electric Đián tr°ßng ngang TM Transverse Magnetic Từ tr°ßng ngang T Transmittance Đá truyền qua UV Ultraviolet Cực tím UHF Ultra high frequency Vùng tần số từ 300 MHz đến 1000 MHz VNA Vector Network Analyzer Há phân tích m¿ng véc t¡ VHF Very high frequency Vùng tần số từ 30 MHz đến 300 MHz X X band Vùng tần số từ 8,0 đến 12,0 GHz ii DANH MĀC BÀNG BÁng 3. Số liáu phổ hấp thā mô phỏng cÿa cấu trúc MPA đ°ÿc đề xuất khi td thay đổi. Số liáu phổ hấp thā mô phỏng trong băng tần VHF cÿa H-MPA đ°ÿc đề xuất khi đián dung C1 thay đổi. Số liáu phổ hấp thā mô phỏng trong băng tần VHF cÿa H-MPA đ°ÿc đề xuất khi đián dung C2 thay đổi.
Các thông số hình hác tối °u cÿa H-MPA. Số liáu phổ hấp thā mô phỏng và thực nghiám trong băng tần S cÿa H- MPA khi góc tới thay đổi.95 iii DANH MĀC HÌNH VẼ, Đâ THÞ Hình 1. Các hián t°ÿng trực quan đối với siêu vật liáu: (a) đßnh luật khúc x¿ Snell ng°ÿc, (b) hiáu āng Doppler ng°ÿc và (c) bāc x¿ Čerenkov ng°ÿc. Cấu trúc và phổ hấp thā cÿa (a) MPA đầu tiên đ°ÿc đề xuất, (b) MPA có cấu trúc cáng h°áng d¿ng chữ I, (c) MPA đẳng h°ớng hai chiều (d) MPA đián môi 10 Hình 1.
Cấu trúc MPA đ°ÿc đề xuất cho các āng dāng (a) cÁm biến (b) RCS. a) Cấu trúc vật liáu MPA hấp thā siêu hẹp; b) Phổ hấp thā/phÁn x¿ cÿa vật liáu. (a) Minh háa ô c¡ sá cÿa MPA đa dÁi tần ho¿t đáng trong vùng GHz, mẫu MPA chế t¿o với 2 (b) và 3 (c) vòng cáng h°áng kích th°ớc khác nhau, (d) phổ hấp thā cÿa mẫu MPA. a) MPA có cấu trúc đa lớp (b) phổ hấp thā cÿa MPA đề xuất khi số lớp thay đổi.
Phổ hấp thā mô phỏng cÿa MPA có cấu trúc gồm (a) 4 lớp cáng h°áng giống nhau, (b) 4 lớp cáng h°áng có kích th°ớc khác nhau, c) kích th°ớc cÿa 4 cấu trúc cáng h°áng. Mát số MPA hấp thā băng tần ráng: (a) cấu trúc cáng h°áng đ°ÿc sắp xếp đồng phẳng; (b) các cấu trúc cáng h°áng xếp chồng lên nhau. Mô hình phÁn x¿ và giao thoa cÿa MPA.