Керамика Zn0,9Mg0,1TiO3-ZnNb2O6 (ZMT-ZN) впервые синтезирована и успешно охарактеризована, а фазовый переход во вторичные фазы в значительной степени сдерживается введением наноингибиторов ZnO. Отличные микроволновые диэлектрические свойства и оптимальное сочетание были достигнуты для керамики, спеченной при 1100 °C, т. е. εr = 27,5, Q × f = 75000 ГГц, τf = -3,8 ppm/°C. В частности, сравнительно изолированные прослойки рассматривались как ключевой механизм, препятствующий транспортировке или переносу дефектов и поверхностных поляризационных зарядов. Учитывая достоинства легкости, низкой стоимости и простоты процесса, эта серия керамики ZMT-ZN является многообещающим новым кандидатом для устройств сверхнизкого СВЧ.

В связи с растущим коммерческим и научным интересом микроволновая диэлектрическая керамика с превосходными свойствами сыграла важную роль наряду с быстрым развитием беспроводной и спутниковой связи за последние несколько десятилетий. Подходящая диэлектрическая проницаемость εr, высокая добротность Q×f или низкие диэлектрические потери tan δ вместе с хорошей температурной стабильностью τf становятся приоритетами в массовом производстве высокоскоростных цифровых электронных устройств, особенно в области беспроводной связи, например, резонатор, фильтр, дуплексер, мультиплексор, фильтр электромагнитных помех (ЭМП), патч-антенна, активный модуль антенны глобальной системы позиционирования (GPS) [1–3]. В то же время сверхнизкие потери или сверхвысокие добротности (Q × f N 40 000 ГГц), хорошая температурная стабильность с близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (TCF) занимают первостепенное место в сохраняют максимальную интенсивность сигнала, а также разрешающую способность по частоте и адаптируются к изменениям температуры окружающей среды [4]. Обычно TCF микроволновых диэлектрических материалов для приложений с высоким разрешением требуется ниже ±10 ppm/°C. Так, керамика на основе ZnNb2O6 (ZN) привлекает большое внимание своей чрезвычайно высокой добротностью. Однако относительно низкая диэлектрическая проницаемость (около 20) и плохая температурная стабильность (τf ~ −56 ppm/°C) препятствуют их применению в крупносерийном производстве и будущем миниатюризации [5–6]. Между тем керамика на основе ZnTiO3 обладает относительно высокой диэлектрической проницаемостью, что можно объяснить большой электронной поляризуемостью ионов Ti [7–8]. В частности, керамика ZnxMg1-xTiO3 (ZMT) обладает высокими эксплуатационными характеристиками благодаря превосходным свойствам [9] (Q × f N 60 000 ГГц, 0,1 ≤ x ≤ 0,4). В результате комбинация керамики ZN и ZMT может обеспечить сбалансированные свойства для различных применений. Однако, согласно нашим работам и связанным с ними ссылкам, керамика ZMT легко превращается во вторую фазу (Zn, Mg)2TiO4 при температуре выше 950 °C в обычном процессе спекания [9–11]. Что еще более важно, примесь фазы ZnTiNb2O8 также может быть легко получена, поскольку требуемая температура уплотнения для керамики ZN обычно составляет 1250 °C. Таким образом, керамика ZMT-ZN не может быть синтезирована в чистых фазах с использованием обычных подходов, а вторичная фаза оказалась неизбежной проблемой для применения. Кроме того, керамика ZMT также страдает от потери кислорода при спекании при высокой температуре (даже до 1400 °C для чистого компонента MgTiO3), в которой Ti4+ может частично восстанавливаться до Ti3+ и еще больше увеличивать диэлектрические потери. Более того, как известно, структура и состав могут эффективно изменять свойства материалов. И необходимо тщательно исследовать взаимосвязь между структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами, чтобы реализовать контролируемые высокие характеристики материалов. По совпадению, мы успешно получаем чистую фазу керамики Zn0,9Mg0,1TiO3 за счет инновационного введения наноингибиторов ZnO, которые подавляют зарождение и рост вторых фаз при температуре фазового перехода. Наконец, получена серия керамики ZMT-ZN с отличными свойствами, что делает эту систему перспективной для широкого применения в родственных электронных устройствах и компонентах.