Новая микроволновая диэлектрическая керамика Sr2CeO4 со сверхнизкими потерями была изготовлена традиционным твердотельным методом. Рентгеновская дифракция и результаты уточнения по Ритвельду показывают, что керамика чистой фазы Sr2CeO4 принадлежит к орторомбической структуре с пространственной группой Pbam. Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии выявляет плотную и однородную микроструктуру. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 14,8, Q×f = 172 600 ГГц (9,4 ГГц) и τf = -62 ppm/°C были получены при спекании при 1270 °C в течение 4 часов. Кроме того, было обнаружено, что замена небольшого количества Ti4+ на Ce4+ оказывает значительное влияние на морфологию зерен, поведение при спекании, фазовую структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Среди них керамика Sr2Ce0,65Ti0,35O4, спеченная при 1350 °C в течение 4 ч, демонстрирует почти нулевое значение τf, равное -1,8 ppm/°C, εr, равное 20,7, и Q×f, равное 115 550 ГГц (8,1 ГГц) из-за его фазовая структура, демонстрирующая большой потенциал применения.
Введение
С быстрым развитием технологии микроволновой связи диэлектрическая керамика привлекла широкое внимание, поскольку новая микроволновая диэлектрическая керамика Sr2CeO4 со сверхнизкими потерями была изготовлена с помощью обычного твердотельного метода. Рентгеновская дифракция и результаты уточнения по Ритвельду показывают, что керамика чистой фазы Sr2CeO4 принадлежит к орторомбической структуре с пространственной группой Pbam. Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии выявляет плотную и однородную микроструктуру. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 14,8, Q×f = 172 600 ГГц (9,4 ГГц) и τf = -62 ppm/°C были получены при спекании при 1270 °C в течение 4 часов. Кроме того, было обнаружено, что замена небольшого количества Ti4+ на Ce4+ оказывает значительное влияние на морфологию зерен, поведение при спекании, фазовую структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Среди них керамика Sr2Ce0,65Ti0,35O4, спеченная при 1350 °C в течение 4 часов, демонстрирует почти нулевое значение τf –1,8 ppm/°C, εr 20,7 и Q×f 115 550 ГГц (8,1 ГГц) из-за своей двухфазной структуры. , показывая большой потенциал применения материалов для СВЧ-резонаторов, фильтров и других пассивных устройств [1,2]. Кроме того, недавний прогресс в области Интернета вещей (IoT), интеллектуальных транспортных систем (ITS), систем мобильной связи пятого поколения (5G) и т. д. привел к увеличению потребности в конструкциях новых микроволновых диэлектрических компонентов и диэлектрических материалов с подходящая диэлектрическая проницаемость (εr), низкие диэлектрические потери (высокая добротность Q = 1/tanδ) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [3]. К настоящему времени широко изучено большое количество диэлектрических материалов с малыми потерями, таких как Mg2SiO4, MgAl2O4, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 и Ba (Zn1/3Ta2/3)O3, но их большие отрицательные τf ограничивают их возможное применение в микроволновых устройствах. Чтобы настроить τf близко к нулю, несколько исследований были сосредоточены на различных методах обработки, таких как замещение ионов B-позиции [4–6] или использование некоторых добавок [7]. Однако нежелательные вторичные фазы и неоднородная микроструктура могут привести к ухудшению электрических характеристик из-за химической реакции различных составов или фаз [8,9]. Орторомбическая керамика Sr2CeO4 широко изучалась как превосходный люминесцентный материал. Синий излучающий люминофор был впервые синтезирован с использованием комбинаторного метода Danielson et al. [10]. Фаза Sr2CeO4, по-видимому, обладает изоморфной структурой слоистой фазы Раддлсдона-Поппера Sr2TiO4 [11], но принадлежит к структуре типа Sr2PbO4 [12,13]. Структура типа Sr2PbO4 состоит из необычных одномерных цепочек CeO6 с общими ребрами. октаэдров вдоль [001], в отличие от двумерных октаэдрических плоскостей TiO6 с общими ребрами в Sr2TiO4 (пространственная группа I4/mmm). Поскольку радиус Ti4+ (0,605 Å) намного меньше, чем у Ce4+ (0,87 Å), растворимость Ti4+ в твердом состоянии в B-сайте ограничена. Более того, о микроволновых диэлектрических свойствах Sr2TiO4 (εr = 42, Q×f = 145 200 ГГц, τf = + 130 ppm/°C) сообщалось Liu et al. [14]. В данной работе была синтезирована керамика Sr2CeO4 с чистой фазой, при этом особое внимание уделялось ее микроволновым диэлектрическим свойствам. Кроме того,
небольшое количество Ti4+ было использовано для дальнейшей модификации фазовой структуры и микроволновых диэлектрических свойств керамики Sr2CeO4. Поведение при спекании, фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Sr2Ce1-xTixO4 (0 ≤ x ≤ 0,5) были подробно изучены, когда мы
………………
Выводы
В этой работе новая микроволновая диэлектрическая керамика Sr2CeO4 с малыми потерями и одномерной цепной структурой была успешно приготовлена стандартным методом твердотельной реакции. Соединение с однородной и плотной микроструктурой имеет εr 14,8, сверхвысокую Q×f 172 600 ГГц (9,4 ГГц) и τf -62 ppm/°C после спекания при 1270 °C в течение 4 часов. Кроме того, было обнаружено, что замена Ce4+ на Ti4+ в керамике Sr2CeO4 индуцирует фазу Sr2TiO4, что приводит к очевидному изменению τf от отрицательных до положительных значений. При этом значение εr керамики постепенно увеличивается, а значения Q×f несколько уменьшаются. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 20,7, Q×f = 115 550 ГГц (8,1 ГГц) и τf = -1,8 ppm/°C получены в составе x = 0,35 после спекания при 1350 °C в течение 4 часов.