Две низкотемпературные спеченные керамики NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) со структурой граната были синтезированы с помощью традиционного твердотельного реакционного пути, и их кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства были исследованы впервые. Уточнение рентгенограмм Ритвельдом показывает, что оба соединения принадлежат к кубической симметрии с пространственной группой Ia-3d. Наблюдаемое количество полос комбинационного рассеяния и предсказания теории групп также подтверждают кубическую симметрию с пространственной группой Ia-3d как для NPMVO, так и для NPZVO. При оптимальной температуре спекания 725°С НПМВО имеет относительную диэлектрическую проницаемость 20,6±0,2, добротность в ненагруженном состоянии (Quxf) 22800±1500 ГГц (f= 7,7 ГГц) и температурный коэффициент резонансной частоты +25,1±1 м.д./°С, в то время как НПЗВО имеет относительная диэлектрическая проницаемость 22,4±0,2, Quxf 7900±1500 ГГц (f=7,4 ГГц) и околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты -6±1ppm/oC при 650oC. Относительная диэлектрическая проницаемость соединений обратно пропорциональна соответствующим рамановским сдвигам.
1. ВВЕДЕНИЕ
Современные системы связи требуют диэлектрической керамики с температурной стабильностью и жесткими диэлектрическими свойствами. Компактность, термическая стабильность, дешевизна производства, высокая эффективность и адаптируемость к микроволновым интегральным схемам (ИС) являются основными преимуществами керамических материалов перед другими материалами. Эта керамика имеет основное применение в области мобильной связи, спутниковой навигации, системы наведения и позиционирования, а также радаров и глобальной системы позиционирования. Эти материалы широко используются в качестве диэлектрических резонаторов, дуплексеров, диэлектрических волноводных и микроволновых подложек и т. д. Керамики с большими Q*f, почти нулевыми τf и εr в диапазоне от 20 до 100 используются для широкого диапазона применений от 800 МГц до 20 ГГц микроволновый спектр, который включает применение резонаторов/антенных подложек базовых станций, для которых требуется относительная диэлектрическая проницаемость в диапазоне от 20 до 50, применение подложек антенн с более высокой пропускной способностью, где 5 20 и 60 70 для приложений резонаторов базовых станций. Помимо этого, эти типы материалов находят широкое применение в области низкотемпературной технологии совместного обжига керамики, когда они химически совместимы с внутренними электродами, такими как Al/Ag. Для применения в диэлектрических резонаторах керамика должна обладать высоким коэффициентом качества без нагрузки (Quxf), что означает низкие диэлектрические потери для селективности, высокую диэлектрическую проницаемость (εr) для миниатюризации и нулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для температурной стабильности [1-7]. В обзоре литературы представлено множество диэлектрических материалов с подходящей относительной диэлектрической проницаемостью и высокими значениями Q*f [8] для различных применений, включая соединения, богатые Li2O, соединения, содержащие TeO2, соединения, богатые Bi2O3 и т. д. [9-16]. Себастьян и др. и Sreemoolanadhan et al. сообщили о нескольких диэлектрических резонаторах с содержанием Ti и Ba [17-20]. Из-за подходящей относительной диэлектрической проницаемости, высокого коэффициента качества и низкой температуры спекания ванадатные соединения считались многообещающими кандидатами для применения в микроволновой печи. Ван и др. сообщается, что керамика BVO4 (B = La, Ce), спеченная при 850 и 750°C, обладает диэлектрическими свойствами: εr = 14,2 и 12,3, Quxf = 48,197 и 41,460 ГГц, τf = -37,9 и -34,4 ppm/oC [21]. Суреш и др. сообщили о некоторых соединениях на основе ванадата, которые обладают очень высокими показателями качества. Среди них керамика Ba3TiV4O15, спеченная при оптимальной температуре спекания 800°C, имеет относительную диэлектрическую проницаемость 13,6, добротность без нагрузки 31800 и τf= 10 ppm/oC, а Ba3ZrV4O15, спеченная при 800°C, имеет относительную диэлектрическую проницаемость 10,7, Quxf= 30600 и τf= -102 ppm/oC [22]. Умемура и др. сообщили, что керамика Mg3(VO4)4, спеченная при 950oC/50ч, обладает относительной диэлектрической проницаемостью 9,1, Quxf= 64,142 ГГц и τf=-93,2 ppm/oC [23]. Ли и др. сообщили, что керамика Ca5Co4V5,95O24-0,1TiO2 имеет диэлектрическую проницаемость 13,7, Quxf=19,159 ГГц и τf=0 ppm/oC [24]. Керамика Ca5Mn4(VO4)6, спеченная при 875°C, показала диэлектрические свойства: εr=11,2, Quxf=33800 ГГц, τf=-70 ppm/°C [25]. Соединения с номинальным составом A3B2C3O12 известны как гранаты. В структуре граната доступны три различных позиции (А, В и С) для замещения самых разных катионов, где ионы С окружены четырьмя атомами кислорода с образованием тетраэдра СО4, ионы В расположены в октаэдрах. Тетраэдры и октаэдры имеют общие углы, образуя додекаэдры, в которых расположены ионы A [26]. Жуэт др. [27] сообщили, что керамика Na2BiMg2V3O12 спеченные при температуре 660 °C/4 часа демонстрируют превосходные диэлектрические свойства для микроволнового излучения, такие как εr=23,2, Quxf=3700 ГГц и τf=8,2 ppm/oC. Фанг и др. [28] сообщили, что NaCa2Mg2V3O12, спеченный при 915°C/4ч, имеет диэлектрическую проницаемость 10, Quxf=50600 и τf=-47 ppm/°C. Quxf=53300 и τf=-80ppm/oC. В 1975 году Неургаонкар и Хаммель сообщили о серии новых соединений граната в том числе NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) [30]. В поисках другого СВЧ-диэлектрического материала с низкой температурой спекания нами синтезирована керамика NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) и впервые исследованы ее кристаллическая структура и диэлектрические свойства.
……………
4. Выводы
Однофазная керамика NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) была приготовлена обычным способом получения твердотельной керамики. Рентгенофазовый анализ и спектры КР подтверждают, что эта керамика имеет кубическую структуру граната с пространственной группой Ia-3d. Керамика НПМВО имеет относительную диэлектрическую проницаемость 20,6 ± 0,2 и высокую добротность без нагрузки (Quxf) около 22 800 ± 1500 ГГц и положительный температурный коэффициент резонансной частоты 25,1 ± 1 ppm/oC при оптимизированной температуре спекания. Керамика НПЗВО имеет относительно более высокую относительную диэлектрическую проницаемость 22,4 ± 0,2, добротность без нагрузки 7900 ± 1500 ГГц и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты -6 ± 1 ppm/oC, что делает их перспективными кандидатами для будущих приложений СВЧ-электроники.