Две керамики Li2TiMO5 (M = Ge, Si) с тетрагональной структурой натисита, изготовленные с использованием обычного метода твердотельной реакции, были исследованы с точки зрения термической стабильности, поведения при спекании и диэлектрических свойств в радиочастотном (РЧ) и микроволновом диапазонах частот. При оптимальной температуре спекания 1140 °C Li2TiGeO5 (LTG) имеет εr ˜ 9,43, Q×f ˜ 65 300 ГГц (на 14,7 ГГц) и τf ˜ +24,1 ppm/°C, а Li2TiSiO5 (LTS) спекается при 1180 °C. C показывает εr ˜ 9,89, Q×f ˜ 38 100 ГГц (на 14,2 ГГц) и τf ˜ +50,1 ppm/°C. Положительные значения τf современных LTG и LTS являются аномальными и чрезвычайно важными для СВЧ-диэлектрической керамики с низким εr, которая может вести себя как перспективный компенсатор τf. Кроме того, в диэлектрических спектрах обеих керамик обнаружен фазовый переход при низких температурах с наличием диэлектрического пика, который может объяснить отрицательное значение τε и положительное значение τf в диапазоне рабочих температур.
Введение
Для вещания на высоких частотах от радио (РЧ) до микроволнового и до миллиметрового диапазонов волн используются маломощные диэлектрические материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (εr, сокращение времени задержки распространения и улучшение скорости передачи) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf ≈ 0 ppm/o C) широко требуются и изучаются [1,2]. Чтобы удовлетворить потребности быстрорастущих современных коммуникаций, было приложено много усилий для разработки новых диэлектрических керамических материалов с высокими характеристиками. Сообщалось, что некоторые силикаты обладают низким εr ниже 10, что может быть связано с низкой ионной поляризуемостью Si4+ (0,87 Å3) [3] и сильным влиянием ковалентной связи Si-O из-за его условия координации для образования [3]. SiO4] тетраэдр [4]. Предыдущие работы по силикатным системам в основном были сосредоточены на керамических материалах из кордиерита Mg2Al4Si5O18, Sr2AlSiO7, силлиманита (Al2SiO5), MgSiO3, виллемита (Zn2SiO4) и форстерита Mg2SiO4 с низким значением εr (4,73–9,5) и сверхнизкими диэлектрическими потерями (78 500–270 000 ГГц) [5–10], которые были предложены в качестве перспективных керамических материалов для подложек. Хотя сообщалось, что эти силикаты демонстрируют высокие значения Q×f, их высокая температура спекания (> 1300 °C), в основном связанная с химической тугоплавкостью SiO2, и большие отрицательные значения τf (<-20 ppm/°C) в некоторой степени препятствуют их практическому применению. Учитывая одинаковую валентность и координационное предпочтение Ge4+ и Si4+, разумно ожидать, что германаты будут проявлять такие же диэлектрические свойства, что и силикаты с той же кристаллографической структурой. Кроме того, температура спекания керамики на основе германия, такой как CaGeO3 [11], Zn2GeO4 [12], (Zn1-xMgx)1,918GeO3,918 (0,2 ≤ x ≤ 0,6) [13] и Ba2MGe2O7 (M = Mg и Zn) [ 14], значительно ниже, чем у их силикатных аналогов. Что касается этих первоначальных достижений в области силикатных и германатных диэлектриков, все еще остаются широкие возможности для изучения новой микроволновой диэлектрической керамики. Соединения типа натисита имеют общую формулу A2BMO5 (A = Li+, Na+; B = Ti4+, V4+; M = Si4+, Ge4+), в которой атомы A, B и M имеют 6, 5 и 4 ближайших соседа по кислороду, занимающих виккофф сайты 4e, 2c и 2a соответственно. Они кристаллизуются в слоистую структуру, состоящую из квадратных пирамид [BO5] 6- и тетраэдров [MO4] 4, имеющих общий угол вдоль оси b с образованием слоистой полосы, в которой ионы A располагаются между слоями [15]. Из-за сильной анизотропии натиситоподобных структур предыдущие работы в основном были сосредоточены на физических свойствах, таких как ионная проводимость и световые характеристики, а также параупругий-ферроэластический переход поликристаллического и легированного монокристалла [16,17]. Принимая во внимание потенциальные диэлектрические характеристики и структурную регулируемость силикатов и германатов, были приготовлены две керамики Li2TiMO5 (M = Si, Ge) типа натисита, а затем исследованы их термическая стабильность, поведение при спекании и диэлектрические свойства в ВЧ- и СВЧ-диапазоне частот.
……………
Вывод
Керамика тетрагональной структуры натисита Li2TiMO5 (M = Si, Ge) была синтезирована при 1050–1200 °С традиционным твердотельным методом. Диэлектрические свойства охарактеризованы в широком диапазоне частот (ВЧ-СВЧ) и температур (-150-120°С). Температура уплотняющего спекания керамики LTG ~ 1140 °C ниже, чем у LTS ~ 1180 °C. Кроме того, как LTG (εr ˜ 9,43), так и LTS (εr ˜ 9,89) продемонстрировали аномально положительные значения τf τf ˜ +24,1 и τf ˜ +50,1 ppm/°C соответственно, диэлектрический пик, связанный с фазовым переходом при низкой температуре. Спектры импеданса LTG и LTS, измеренные в диапазоне RF, могут быть проанализированы с использованием двух элементов эквивалентной схемы, один из которых относится к сопротивлению зерна, а другой — к сопротивлению границы зерна.