PGS.TS. Đỗ Thị Hương Giang thay mặt nhóm nghiên cứu trình bày tóm tắt các nội dung nghiên cứu và kết quả của nhiệm vụ
Do từ trường trái đất có giá trị nhỏ, thường nằm trong dải từ 24.000 đến 60.000nT phụ thuộc vào vị trí địa lý của điểm đo trên bề mặt trái đất. Do dải đo nhỏ như vậy nên linh kiện đầu đo cảm biến được sử dụng cho mục đích đo từ trường trái đất có yêu cầu phải có độ nhạy và độ chính xác cao (~ nT) trong toàn dải từ trường trái đất. Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ cùng với sự ra đời của nhiều vật liệu mới, hiệu ứng mới cho các ứng dụng chế tạo linh kiện đo lường từ trường ngày càng phong phú và đa dạng. Tuy nhiên, với yêu cầu cao của việc đo lường từ trường trái đất, số lượng các thiết bị và linh kiện phù hợp với mục đích này không nhiều và thường có kích thước lớn, giá thành cao, công suất tiêu thụ lớn gây khó khăn khi di chuyển và không phù hợp cho các mục đích thăm dò, khảo sát như đo và vẽ từ trường trái đất. Vì vậy việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị đo và vẽ bản đồ từ trường trái đất có sử dụng linh kiện cảm biến đo từ trường 3 trục độ nhạy và độ phân giải cao tích hợp với mạch điện tử đo lường và xử lý tín hiệu và một số tính năng khác bao gồm định vị và truyền phát dữ liệu không dây với kích thước nhỏ gọn, công suất tiêu thụ thấp đáp ứng đủ yêu cầu sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau là cần thiết hiện nay.
Trong bối cảnh đó, việc tìm ra các vật liệu mới, vật liệu chức năng, vật liệu lai mới là một trong những nhiệm vụ cấp thiết và được xem như một giải pháp cho các vấn đề nêu trên. Hiệu ứng từ-điện (magnetoelectric effect) trên các vật liệu tổ hợp kiểu từ giảo - áp điện (thuộc nhóm vật liệu lai đa pha multiferroics) đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu trên thế giới trong vài năm trở lại đây do tiềm năng ứng dụng của chúng trong rất nhiều lĩnh vực, trong đó mạnh nhất là kỹ thuật đo lường từ trường độ nhạy cao. Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội là nhóm nghiên cứu có truyền thống nhiều năm trên các vật liệu tổ hợp dạng này.
Trên cơ sở kế thừa các nghiên cứu cơ bản để phát triển theo định hướng ứng dụng trên nhóm vật liệu này và theo định hướng phát triển vật lý đến năm 2020 tại Quyết định số 380/QĐ-TTg ngày 24/3/2015 của Thủ tướng Chính phủ, đồng thời nằm trong các định hướng nghiên cứu ưu tiên của ngành Vật lý đến năm 2020 tầm nhìn 2030, được cụ thể hóa trong Quyết định số 677/QĐ-BKHCN ngày 08/4/2015 của Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ, Bộ Khoa học Công nghệ đã phê duyệt nhiệm vụ “Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm ứng dụng hệ thống đo và định vị từ trường trái đất dựa trên hiệu ứng Từ giảo - Áp điện và kỹ thuật GPS” do PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang làm chủ nhiệm; trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội là Cơ quan chủ trì thực hiện từ tháng 01/2017 đến tháng 6/2020. Mục tiêu chính của nhiệm vụ là chế tạo hoàn chỉnh hệ thống đo và định vị từ trường Trái đất dựa trên hiệu ứng từ giảo - áp điện và kỹ thuật GPS phục vụ thăm dò, xây dựng bản đồ từ trường Trái đất và đặt các trạm cảnh báo dị thường trên biển, tự động truyền tín hiệu về đất liền. Mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm:
+ Xây dựng được quy trình công nghệ chế tạo cảm biến từ trường có độ nhạy cao, độ ồn nhiễu thấp dựa trên hiệu ứng từ giảo - áp điện.
+ Phát triển được hệ thống đo và định vị từ trường Trái đất trên cơ sở tích hợp cảm biến với kỹ thuật GPS.
+ Chế tạo hoàn chỉnh hệ thống đo và định vị từ trường Trái đất dựa trên hiệu ứng từ giảo áp điện và kỹ thuật GPS phục vụ (i) thăm dò, xây dựng bản đồ từ trường Trái đất và (ii) đặt các trạm cảnh báo dị thường từ trên biển, tự động truyền tín hiệu về đất liền.
I. Kết quả đã đạt được của nhiệm vụ:
1. Sản phẩm dạng I:
1.1. 05 Thiết bị đo từ trường Trái đất dựa trên hiệu ứng Từ giảo - áp điện, tích hợp kỹ thuật định vị GPS phục vụ thăm dò và xây dựng bản đồ từ trường trái đất ở biển Đông.
1.2. 15 Linh kiện đầu đo từ trường đơn trục dùng cho tích hợp mạch điện tử
2. Sản phẩm dạng II:
2.1. 01 Quy trình công nghệ chế tạo thiết bị cảm biến từ trường dựa trên hiệu ứng từ giảo - áp điện.
2.2. 01 Báo cáo đánh giá thử nghiệm thiết bị trên biển của đơn vị ứng dụng.
3. Sản phẩm dạng III:
3.1. 02 Bài báo quốc tế trong hệ thống tạp chí ISI (chỉ số IF > 3,2):
* Do Thi Huong Giang, Ho Anh Tam, Vu Thi Ngoc Khanh, Nguyen Trong Vinh, Phung Anh Tuan, Nguyen Van Tuan, Nguyen Thi Ngoc and Nguyen Huu Duc, Magnetoelectric Vortex Magnetic Field Sensor Based on the Metglas/PZT Laminates, Sensors 20(10) (2020), 2810 (https://doi.org/10.3390/s20102810).
* Trinh Dinh Cuong, Nguyen Viet Hung, Vu Le Ha, Phung Anh Tuan, Do Dinh Duong, Ho Anh Tam, Nguyen Huu Duc and Do Thi Huong Giang, Giant magnetoelectric effects in serial-parallel connected Metglas/PZT arrays with magnetostrictively homogeneous laminates, Journal of Science: Advanced Materials and Devices, https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2020.06.005.
3.2. 02 Sáng chế:
* Tên sáng chế: “Linh kiện cảm biến đo dòng điện và phương pháp chế tạo”. Nộp văn phòng Cục sở hữu trí tuệ, mã số đơn: 1-2019-03837. Quyết định chấp nhận đơn số: 93743/QĐ-SHTT ngày 13/04/2020.
* Tên sáng chế: “Linh kiện cảm biến đo từ trường trái đất và phương pháp chế tạo linh kiện này, thiết bị đo từ trường trái đất điện từ có linh kiện cảm biến này”. Nộp văn phòng Cục sở hữu trí tuệ, mã số đơn: 1-2020-02028. Quyết định chấp nhận đơn số: 7646w/QĐ-SHTT ngày 17 tháng 06 năm 2020.
3.3. Đào tạo 04 thạc sỹ; Hỗ trợ đào tạo 01 tiến sỹ.
Sản phẩm nổi bật thiết bị đo từ trường Trái đất dựa trên hiệu ứng Từ giảo - Áp điện, tích hợp kỹ thuật định vị GPS
II. Danh mục sản phẩm khoa học dự kiến ứng dụng, chuyển giao:
|
Tên sản phẩm
|
Thời gian dự kiến ứng dụng
|
Cơ quan dự kiến ứng dụng
|
|
Thiết bị đo từ trường Trái đất dựa trên hiệu ứng Từ giảo - áp điện, tích hợp kỹ thuật định vị GPS phục vụ thăm dò và xây dựng bản đồ từ trường trái đất
|
Sau khi nghiệm thu (năm 2021)
|
Các đơn vị nghiên cứu và sản xuất thiết bị đo lường phục vụ dân dụng, công nghiệp hoặc an ninh quốc phòng, an toàn biển đảo quốc gia
|
III. Về những đóng góp mới của nhiệm vụ:
- Sử dụng vật liệu mới, hiệu ứng mới để chế tạo sensơ đo từ trường thế hệ mới, siêu nhạy từ trường trái đất tích hợp với mạch điện tử, truyền phát không dây và kỹ thuật định vị GPS trong một thiết bị Đo từ trường hoàn thiện cho phép đo lường, xử lý, lưu trữ, truyền phát dữ liệu, đồng bộ với tọa độ không gian có khả năng phát hiện một sự thay đổi rất nhỏ của từ trường ở bề mặt trái đất với độ chính xác ở cấp độ nano Testla…
- Các kết quả nghiên cứu được thực hiện trong đề tài được thực hiện từ nghiên cứu cơ bản bao gồm chế tạo nghiên cứu vật liệu đến nghiên cứu ứng dụng để chế tạo ra thiết bị hoàn chỉnh có thể triển khai ứng dụng đại trà trong khảo sát thăm dò trường địa từ, phát hiện dị thường từ trường trái đất tại bề mặt từ đó đưa ra các cảnh báo sớm về động đất, giảm thiệt hại cả về người và vật chất.
- Nội dung nghiên cứu trong đề tài khai thác và phát huy được tính liên ngành giữa ngành khoa học và công nghệ vật liệu, công nghệ linh kiện, điện tử, viễn thông truyền dữ liệu… được tích hợp trong một hệ thống để hình thành một sản phẩm hoàn chỉnh.
- Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, cơ quan Chủ trì và Chủ nhiệm đã tập hợp và xây dựng được một nhóm nghiên cứu mạnh và liên ngành gồm: các nhà khoa học trẻ, tâm huyết, có trình độ chuyên môn cao thuộc các lĩnh vực vật liệu và linh kiện nano, điện tử viễn thông, tự động hoá, cơ khí và chế tạo máy từ các đơn vị khác nhau của trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội), trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự (Bộ Quốc phòng).
IV. Về hiệu quả về kinh tế và xã hội của nhiệm vụ:
- Việc triển khai đề tài đồng bộ các lĩnh vực nghiên cứu và phát triển công nghệ liên ngành có thể tạo ra một sản phẩm hoàn chỉnh, vừa tiếp thu được các công nghệ của thế giới, vừa có sáng tạo và bản quyền của Việt Nam (về sensơ). Trước mắt, có thể sử dụng trong dân dụng và quốc phòng, an ninh, đặc biệt trong lĩnh vực an ninh biển đảo trong giai đoạn hiện nay.
- Thông qua đề tài đã hỗ trợ đào tạo sau đại học và đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật làm chủ công nghệ lõi thiết kế chế tạo thiết bị đo từ trường với độ nhạy và độ chính xác cao có khả năng giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan.
- Hợp tác chặt chẽ giữa cơ quan chủ trì và các đơn vị phối hợp thực hiện đề tài mở ra khả năng hình thành tổ chức KH&CN mạnh vừa phục vụ công tác đào tạo khởi nghiệp, vừa để chuyển giao, góp phần phát triển doanh nghiệp KH&CN khởi nghiệp (startup), hoặc tổ chức sản xuất ở các công ty chuyên sản xuất và kinh doanh các thiết bị đo lường ở quy mô công nghiệp, phục vụ nhu cầu trong nước, đặc biệt hướng tới lĩnh vực an ninh quốc phòng, an toàn biển đảo quốc gia.
Hội đồng đánh giá nghiệm thu cấp quốc gia
Các thành viên Hội đồng nghiệm thu đánh giá cao những đóng góp của Chủ nhiệm và Cơ quản chủ trì; báo cáo tổng kết và báo cáo tóm tắt có cấu trúc hợp lý, phù hợp với yêu cầu của một báo cáo khoa học; các sản phẩm đạt yêu cầu về số lượng, khối lượng, tiến độ và chất lượng. Với kết quả đạt được, Hội đồng nhất trí nghiệm thu đề tài đạt "Xuất sắc". Hội đồng yêu cầu nhóm nghiên cứu tiếp thu các nội dung và chỉnh sửa cho phù hợp, hoàn thiện hồ sơ trình Bộ Khoa học và Công nghệ ra quyết định công nhận kết quả của nhiệm vụ.