Mô Phỏng Tính Toán Lý Thuyết Tối Ưu Cấu Hình Theo Nguyên Tắc Khép Kín Mạch Từ Và Dãy Tích Hợp Cảm Biến Từ Điện Cấu Trúc Micronano

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN TUẤN

Tóm tắt luận văn:

MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT, TỐI ƢU

CẤU HÌNH THEO NGUYÊN TẮC KHÉP KÍN

MẠCH TỪ VÀ DÃY TÍCH HỢP CẢM BIẾN TỪ￾ĐIỆN CẤU TRÚC MICRO-NANO

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện nano

Mã số: Đào tạo thí điểm

TÓM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS. Đỗ Thị Hƣơng Giang

Hà Nội - 11/2017

1

MỞ ĐẦU

Các nghiên cứu trên vật liệu tổ hợp dạng tấm và dạng màng có hiệu ứng từ điện nhờ sự kết

hợp hai pha từ giảo và áp điện đã được triển khai mạnh mẽ trong nhóm nghiên cứu tại Khoa Vật

lý kỹ thuật và công nghệ Nano, trường ĐH Công nghệ. Dựa các kết quả nghiên cứu này, nhiều

sản phẩm ứng dụng đã được phát triển thành công trong đó phải kể đến cảm biến đo từ trường độ

nhạy cao, cảm biến đo góc độ phân giải cao, cảm biến đo cường độ dòng điện, la bàn điện tử,

cảm biến sinh học,… Nhiều công trình khoa học đã được công bố trên các tạp chí khoa học quốc

tế có uy tín. Tuy nhiên, hầu hết các kết quả nghiên cứu trên đều dựa trên các nghiên cứu bán thực

nghiệm. Cụ thể, kết hợp việc đo đạc thực nghiệm với tính toán fit lý thuyết dựa trên các số liệu

thực nghiệm đo đạc được để giải thích các hiện tượng vật lý trên vật liệu này. Tuy nhiên, việc

tính toán này dựa trên kết quả đo, để suy ngược lại mô hình vật lý. Như vậy, phụ thuộc vào rất

nhiều yếu tố ví dụ như kết quả đo, liên quan tới cả chủ quan và khách quan.

Chính vì vậy, việc mô phỏng tính toán thông qua đó tối ưu cấu hình dựa trên cơ sở lý

thuyết và các công cụ phần mềm là một nội dung còn chưa được khai thác trong nhóm nghiên

cứu. Với mong muốn tìm hiểu sâu và hoàn thiện cũng như nghiên cứu một cách đầy đủ, hệ thống

có cơ sở khoa học từ lý thuyết đến thực hiện trên hiệu ứng cũng như vật liệu và ứng dụng trên

vật liệu tổ hợp là rất cần thiết.

Đối với tất cả các lĩnh vực nói chung, mô phỏng đóng vai trò chủ đạo trong việc đưa một

hệ thống làm việc hiệu quả. Vật lý cũng vậy, vai trò của mô phỏng đóng vai trò then chốt, và

ngày nay mô phỏng trong lĩnh vực vật lý tăng chóng mặt cùng với sự phát triển của các công cụ

tính toán trên máy tính đã góp phần thành công không nhỏ đưa sản phẩm từ lý thuyết ra thực tế.

Mô phỏng giúp đưa ra kết quả một cách nhanh chóng và xác định cách tư duy liệu có đúng hay

không, dựa trên những hiểu biết đã biết. Với lĩnh vực vật lý, mô phỏng xuất hiện ở hầu hết mọi

hướng nghiên cứu như vật lý chất rắn, vật lý hạt nhân, vật lý hạt, vật lý thiên văn. Nhờ vậy, số

lượng các nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm liên quan tới mô phỏng tăng một cách chóng

mặt.

Mô phỏng giúp đồng nhất hay đưa ra một cách nhìn tổng quan về mỗi quan hệ giữa lý

thuyết và thực nghiệm của một hệ vật lý nào đó. Mô phỏng giúp tính toán và phân tích được tính

chất vật lý của một hệ đó, hệ này hầu như không thể nghiên cứu một kỹ lưỡng một cách lý thuyết

hay thực nghiệm được.

Trong luận văn này, việc mô phỏng sẽ sử dụng phần mềm mô phỏng điện từ Ansoft

Maxwell 3D. Đây là một công cụ chuyên biệt cho phép mô phỏng các hệ điện, từ một cách chính

xác và hiệu quả. Việc kết hợp với những nghiên cứu về lý thuyết và mô phỏng nhằm đưa ra cấu

hình tối ưu cho cảm biến, tính toán một số số thông số làm việc từ đó làm cơ sở cho việc tiến

hành chế tạo thử cảm biến đo từ trường. Luận văn sẽ thực hiện tính toán mô phỏng dựa trên các

cấu hình từ đơn giản đơn thanh (single bar) để xây dựng mô hình và kiểm chứng lại so với số

liệu thực nghiệm nhằm khẳng định tính đúng đắn của mô hình. Dựa trên mô hình lý thuyết này,

tiếp tục mô phỏng theo các cấu hình mạch từ khép kín và chuỗi cảm biến (array) với mục tiêu

tăng cường hiệu ứng, tăng cường độ nhạy trong từ trường thấp và do đó tăng cường độ phân giải

trong ứng dụng cảm biến từ trường xuống dưới 0.1 nT.

Đây cũng chính là một nội dung nghiên cứu trong đề tài độc lập cấp nhà nước đang được

triển khai trong nhóm nghiên cứu. Việc tính toán mô phỏng lý thuyết để tối ưu cấu hình rồi dựa

trên kết quả đó, triển khai thiết kế chế tạo thực nghiệp là rất cần thiết giúp rút ngắn thời gian và

tiết kiệm chi phí.

Do vậy, luận văn này định hướng thực hiện theo nội dung mô phỏng, tính toán lý thuyết,

tối ưu cấu hình theo nguyên lý khép kín mạch từ và chuỗi tích hợp cảm biến từ-điện với mục