В работе исследовано влияние замещения (Al1/2Nb1/2)4+ на кристаллическую структуру, спектроскопию комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства в керамике Ba3,75Nd9,5Ti18O54 (BNT). Образцы после спекания в основном измеряли с помощью SEM, XRD и рамановского спектрометра. Результаты показали, что все образцы Ba3,75Nd9,5Ti18-z(Al1/2Nb1/2)zO54 (BNT-(AN)z) имеют орторомбическую структуру типа вольфрам-бронза. Параметры решетки образцов BNT-(AN)z уточняли по методу Ритвельда, при этом объем элементарной ячейки образцов уменьшался с увеличением z. Синий сдвиг спектральных пиков комбинационного рассеяния был подтвержден результатом уточнения Ритвельда. Кроме того, спектры комбинационного рассеяния света показали, что гибкие сети кислородных октаэдров стали жесткими под напряжением, а кислородные октаэдры стали более наклонными, что было приписано оккупационному беспорядку Al3+ и Nb5+, когда (Al1/2Nb1/2) 4+ заменял Ti4+. С увеличением значения z диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент резонансной частоты (tf) уменьшались. Керамика BNT-(AN)2, спеченная при 1375°С в течение 4 ч, показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 73,9, Qf = 13 177 ГГц и tf = ±0,3 ppm/C. Была проанализирована зависимость валентности связи B-сайта от комбинационного сдвига моды Ag, диэлектрической проницаемости (εr) и tf.
1. Введение
В последние годы быстрый прогресс современных приложений беспроводной связи, таких как беспроводная зарядка, виртуальная реальность (VR) и технология автономного вождения, стимулировал разработку микроволновой диэлектрической керамики для удовлетворения потребностей микроволновых устройств, включая резонаторы, осциллятор и волноводы. [1,2]. Что касается микроволновых приложений, материалы должны иметь высокую относительную диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Qf) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (tf), которые необходимы для достижения высокой миниатюризации, интеграции и надежности в системе микроволновой связи. [3]. В течение десятилетий керамика на основе твердого раствора Ba6-3xNd8+2xTi18O54 вызывала растущий интерес благодаря высокому значению εr и высокому значению Qf и привлекала большое количество научных сотрудников для их изучения. В 1996 г. Негас [4] исследовал микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba6-3xNd8+2xTi18O54 при изменении значения x. Более того, многие ведущие ученые исследовали структуру тройных соединений BaO-Nd2O3-TiO2 различными методами анализа, и все они заявили, что кристаллическая структура керамики Ba6-3xNd8+2xTi18O54 содержит элементы вольфрамовой бронзы [5e8]. Как показано на рис. 1, блок перовскита 2 2 принял форму вольфрамово-бронзового типа, Ti4+ и O2 образовали титано-кислородные октаэдры [TiO6], затем Ba2+ и Nd2+ заняли позиции A1, A2 соответственно в титан-кислородных октаэдрах [TiO6 ] междоузлие. Сообщалось, что на значение tf ряда твердых растворов Ba6-3xNd8+2xTi18O54 влияет наклон октаэдров TiO6 [9e11]. Но их большое положительное значение tf (от +65 до +130 ppm/C) всегда тормозило их широкое использование [8,12,13]. Среди серии твердых растворов Ba6-3xNd8+2xTi18O54 дальнейшего внимания заслуживают отличные свойства керамики Ba3,75Nd9,5Ti18O54(x = 3/4) (BNT) (εr 80, Qf 9000 ГГц, tf ~70 ppm/C) [13,14]. ]. Модифицированные твердые растворы Ba6–3xNd8+2xTi18O54 изучались многими исследователями. Например, Ненашева и соавт. определили, что замена Zr4+ способствует снижению tf в керамике BaNd2Ti4O12, но приводит к ухудшению значений εr и Qf [15].
………………
Позже Чанг [16] и Яо [17] синтезировали Ba4(Sm0.5Nd0.5)28/3Ti18O54 и Ba4Nd9.33-Ti18O54 с добавкой Al2O3. Хуанг и др. [18]. Сообщается, что состав (Ba1 xSrx) 4(Sm0,4Nd0,6)28/3Ti18O54 показал свойства εr = 93,2, Qf = 9770 ГГц, tf = + 4,56 ppm/C при x = 0,08. Кроме того, было много работ о свойствах и структуре нечистой керамики БНТ другими катионами, замещающими В-позицию (Ti4+), такими как (Cr1/2Nb1/2)4+ [14], Al3+ [9], (Mg1/3Nb2 /3) 4х [19] и так далее. Во всех этих работах не исследовалась связь между структурой керамики БНТ и их микроволновыми диэлектрическими свойствами с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния. Спектральный анализ комбинационного рассеяния керамики BNT-(AN)z имел бы важное значение для керамики BNT и установил модель для исследования модифицированной керамики.
…………………
4. Выводы Керамика BNT-(AN)z была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Рентгенограммы керамики BNT-(AN)z (z = 0e3) показали, что все образцы кристаллизовались в виде структурной фазы типа вольфрамовой бронзы, а на СЭМ-фотографиях наблюдались типичные столбчатые зерна. ЭДС-анализ зерен (A, B и C) убедительно доказал, что (Al1/2Nb1/2)4+ успешно заменяет Ti4+. Результаты уточнения по Ритвельду показали, что объем элементарной ячейки уменьшался при увеличении концентрации замещения (Al1/2Nb1/2)4+. Спектры комбинационного рассеяния подтвердили, что гибкие сети кислородных октаэдров стали жесткими под напряжением, а кислородные октаэдры стали более наклонными, что было приписано оккупационному беспорядку Al3+ и Nb5+, когда (Al1/2Nb1/2)4+ кристаллизуется в керамику BNT. Кроме того, синее смещение полос КР показало, что объем элементарной ячейки уменьшался с увеличением z. Значения относительной плотности, доли упаковки и Qf керамики БНТ-(АН)z при 1375°С в течение 4 ч имели одинаковую тенденцию: все они достигли максимального значения при z = 2. Для наклонно-октаэдрической структуры керамики БНТ-(АН)z , валентность связи сайта B увеличивалась с увеличением значения z, а диэлектрическая проницаемость и значение tf соответственно уменьшались, что в основном связано с более наклонными кислородными октаэдрами. Хорошие микроволновые свойства с εr = 73,9, Qf = 13,177 ГГц и tf = +0,3 ppm/C были получены для керамики BNT-(AN)2, спеченной при 1375 C в течение 4 часов.