Керамика Ca0,61Nd0,26Ti1-x(Cr0,5Ta0,5)xO3 (УНТ-CTx) со структурой орторомбического перовскита была приготовлена традиционным твердотельным методом. Рентгеновская дифракция (XRD), спектры комбинационного рассеяния и рентгеновские фотоэлектронные спектры (XPS) использовались для исследования корреляций между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики CNT-CTx. Результаты РФА показали, что все образцы УНТ-СТх кристаллизовались в орторомбическую структуру перовскита. Микрофотографии СЭМ показали, что средний размер зерна образцов зависит от температуры спекания. С увеличением концентрации (Cr0,5Ta0,5) 4+ наблюдалось значительное уменьшение среднего размера зерен образцов. По результатам анализа спектров КР в кристаллах УНТ-CTx доказано наличие структуры ближнего порядка (БРО) и структурных искажений кислородных октаэдров. Микроволновые диэлектрические свойства сильно зависят от полной ширины на полувысоте (FWHM) спектров комбинационного рассеяния, искажения кислородных октаэдров, восстановления Ti4+ до Ti3+ и валентности связи. Наконец, керамика CNT-CT0.05, спеченная при 1420 °C в течение 4 ч, продемонстрировала хорошие и стабильные всесторонние микроволновые диэлектрические свойства: относительная диэлектрическая проницаемость 96,5, добротность 14360 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты +153,3 м.д./млн. °С.
Введение
Существует большой спрос на микроволновую диэлектрическую керамику с превосходными свойствами, чтобы соответствовать высоким критериям микроволнового устройства в области глобальной системы позиционирования (GPS), технологии беспроводной локальной сети (WLAN) и керамических материалов подложки [1-4]. Таким образом, возникает потребность в более высоких микроволновых диэлектрических свойствах, чтобы удовлетворить характеристики миниатюризации, интеграции и выдающейся частотной избирательности и стабильности микроволновых компонентов, таких как желаемая относительная диэлектрическая проницаемость (εr), высокая добротность (Q × f) и почти нулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [5]. На сегодняшний день перовскитовая керамика на основе кальция и неодима привлекла большое внимание благодаря своим хорошим характеристикам относительной диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. В частности, керамика Ca0,61Nd0,26TiO3 (УНТ) обещает стать подходящим микроволновым диэлектрическим материалом с εr ~ 108, Q × f ~ 17 200 ГГц и τf ~ +270 ppm/°C [6], но ее большие положительные Значение τf слишком велико для практического использования в СВЧ-устройстве. Следовательно, необходимо получить СВЧ-диэлектрический керамический материал с нулевой τf, предприняв некоторые эффективные меры. Сочетание двух или более керамик с совершенно противоположным значением τf является перспективным и эффективным способом настройки значения τf. Например, Чен и др. [7] исследовали микроволновые диэлектрические свойства и микроструктуру керамики Ca1-xNd2x/3TiO3-Li0,5Nd0,5TiO3 и обнаружили, что керамика 0,55Ca0,61Nd0,26TiO3-0,45(Li0,5Nd0,5)TiO3 имеет оптимальную микроволновую диэлектрическую проницаемость свойства εr ~ 101, Q×f ~ 5300 ГГц и τf ~ +13 ppm/°C. 
Керамика 0,55Ca0,6Nd0,8/3TiO3-0,45(Li0,5Nd0,5)TiO3 + 0,03Li была синтезирована при 1190 °C Zhou et al. [8] и имел единую орторомбическую структуру перовскита вместе с оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 129, Q × f = 3600 ГГц, τf = +38 ppm/°C. Кроме того, были синтезированы некубические комплексные перовскитные Nd(Zn0,5Ti0,5)O3 [9] и Nd(Mg0,5Ti0,5)O3 [10] керамики с моноклинной пространственной группой P21/n и отрицательным значением τf −49 ppm/°. C и чрезвычайно высокое произведение Q × f на частоте 45 000 ГГц. Отсюда новая керамическая система 0,4Nd (Zn0,5Ti0,5)O3-0,6Ca0,61Nd0,26TiO3 (εr = 56,3, Q × f = 54 400 ГГц, τf = +0,3 ppm/°C) с околонулевой τf были получены [11]. Ху и др. В работе [12] указано, что для керамики с температурной компенсацией τf (1-x)Ca0,61Nd0,26TiO3-xNd(Mg0,5Ti0,5)O3 + 1 мас. % CuO может быть достигнуто значение τf в диапазоне 0,3＜x＜0,5. Много соображений было уделено частичному замещению ионов Ti4+ ионами B-позиции для уменьшения положительных значений τf в перовскитных материалах ABO3, помимо объединения двух или более соединений с отрицательным значением τf, таких как Ca0,6La0,8/3(SnxTi1- x)O3 [13], (Sr0.2Ca0.488Nd0.208)Ti1-xGa4x/3O3 [14] и 0.2SrTiO3 0.8Ca0.61Nd0.26Ti1-xAl4x/3O3 [15] комплексные перовскиты. Кроме того, Мун и др. [16] и Лян и соавт. [17] предположили, что значение τf можно эффективно регулировать заменой ионов B-позиции, которые удовлетворяют условию, что радиус ионов B-позиции аналогичен радиусу ионов другого типа. Аналогично, ионный радиус Cr3+ (0,615 Å, КЧ = 6) и Ta5+ (0,64 Å, КЧ = 6) близок к радиусу Ti4+ (0,605 Å, КЧ = 6) [18]. Следовательно, целью данной работы является исследование корреляций между кристаллической структурой, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Ca0,61Nd0,26Ti1-x(Cr0,5Ta0,5)xO3 (CNT-CTx).
………………
Выводы
Керамика CNT-CTx была приготовлена традиционным твердотельным методом. Было подробно исследовано влияние замещения (Cr0,5Ta0,5) 4+ на кристаллическую структуру, микроструктуру, спектроскопию комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства в керамике CNT-CTx. Рентгенофазовый анализ показал, что основная фаза всех образцов кристаллизовалась в виде орторомбической структуры перовскита и образовалась однофазная система. Но в образце УНТ-СТ0,125 обнаружены примесные фазы. Пики XRD (111), (131) и (311) подразумевают сверхотражения и возникают из-за противофазного наклона кислородных октаэдров. Изображения СЭМ показали, что средний размер зерна увеличивался с увеличением температуры спекания, но уменьшался с увеличением значения x. Согласно спектрам КР, замена Cr3+ и Ta5+ на B-сайте усилила интенсивность Ag-моды, что свидетельствует о формировании SRO-структуры в керамике CNT-CTx. Также усилилось искажение кислородных октаэдров, что подтверждается изменениями моды-5. Анализ результатов РФЭС показывает, что ион Cr3+ подавляет восстановление Ti4+, способствуя улучшению значений Q × f для керамики CNTCTx в диапазоне 0–0,05. При содержании (Cr0,5Ta0,5)4+ выше 0,075 структурное искажение не только способствовало уменьшению значений Q×f, но и приводило к уменьшению значений εr и τf. Наконец, керамика CNT-CTx была получена при 1420 °C с хорошими и стабильными комплексными свойствами εr = 96,5, Q×f = 14 360 ГГц и τf = +153,3 ppm/°C для x = 0,05.