Стандартным методом твердофазных реакций впервые синтезированы твердые растворы Sr2Ti1 x(Mg1/3Nb2/3)xO4 (0 x 0,4) и систематически исследованы их микроволновые диэлектрические свойства вместе с микроструктурой. Рентгенограммы показали образование твердых растворов во всем интервале составов, а при x = 0,4 начали появляться вторичные фазы двух видов. С увеличением x диэлектрическая проницаемость (er) была изменена с 42 до 26,3, а температурный коэффициент резонансной частоты (sf) можно было успешно изменить со 130 ppm/C до 46,3 ppm/C. Превосходное сочетание микроволновых диэлектрических свойств с er = 28.5, Qf = 83300 ГГц, sf = 53 ppm/C были получены для состава x = 0.3 после спекания при 1500 C в течение 3 ч.
Введение
Благодаря быстрому развитию технологий беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика играет ключевую роль в глобальном обществе. В настоящее время применение микроволновой диэлектрической керамики повсеместно, а недавний прогресс в беспроводных системах пятого поколения (5G), интеллектуальных транспортных системах (ITS), Интернете вещей (IoT) привел к увеличению спроса на устройства с низким уровнем потерь. диэлектрические материалы. В целях содействия развитию новых информационных технологий актуален поиск новых кандидатов с подходящей диэлектрической проницаемостью (er), высокой добротностью (Q) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (sf) [1]. ]. В последние десятилетия все большее внимание исследователей привлекает Sr2TiO4 со слоистой структурой Раддлсдена-Поппера. Ли и др. сообщили, что пленка Sr2TiO4 демонстрирует стабильные химико-физические свойства и исключительно низкие диэлектрические потери в микроволновом диапазоне частот [2]. Для объемной керамики наше предыдущее исследование выявило синтез керамики Sr2TiO4, а также были получены выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства (er = 42, Qf = 145 000 ГГц, sf = 130 ppm/C) [3]. Хорошее сочетание значений er и Qf в керамике Sr2TiO4 превосходит типичные кандидаты с низкими потерями, такие как Ba[(Co,Zn)1/3Nb2/3]O3 (er = 34,5, Qf 97 000 ГГц, sf 0 ppm/C) [4]. Однако большое положительное значение sf керамики Sr2TiO4 едва ли является удовлетворительным для практического применения и должно быть дополнительно скорректировано до нуля.
Как правило, существует два распространенных способа регулировки sf: один заключается в формировании твердых растворов, а другой - в создании композитной керамики. Поскольку величина Qf очень чувствительна к фазовому составу, а формирование композитной керамики обычно ухудшается, в данной работе предпочтение отдается способу создания твердых растворов. Для титанатных соединений широко подтверждено, что замена (Mg1/3Nb2/3) 4+ на Ti4+ эффективна для оптимизации значений sf. Биан и др. успешно довели значение sf керамики Li2TiO3 до нуля путем образования твердых растворов Li2Ti1 x(Mg1/3Nb2/3)xO3 (x = 0,24) (er = 21, Qf = 200 000 ГГц, sf = 1 ppm/C) [5]. Подобные модификации были достигнуты и во многих других системах материалов, таких как Ca[Ti0,35(Mg1/3Nb2/3)0,65]O3 [6], Ca4La2Ti2(Mg1/3-Nb2/3)3O17 [7] и др. Однако, насколько нам известно, ранее не сообщалось о замещении (Mg1/3Nb2/3)4+ в керамике Sr2TiO4. В связи с этим становится важным понять влияние замещения (Mg1/3Nb2/3)4+ на микроволновые диэлектрические свойства керамики Sr2TiO4, и это может вызвать новый прорыв в применении высокоэффективной микроволновой диэлектрической керамики. В данной работе керамика Sr2Ti1 x(Mg1/3Nb2/3)xO4 впервые получена стандартным методом твердофазной реакции. Микроволновые диэлектрические свойства систематически исследуются вместе с эволюцией фазовых составов и микроструктур.
……
Выводы
Керамика Sr2Ti1 x(Mg1/3Nb2/3)xO4 была впервые получена стандартным твердофазным реакционным методом. Результаты РФА показывают образование однофазного твердого раствора Sr2Ti1 x (Mg1/3Nb2/3)xO4 в диапазоне 0 x 0,3, а при x = 0,4 начинают появляться два типа вторичных фаз. С увеличением x значение sf может быть успешно настроено в сторону нуля, и хорошее сочетание микроволновых диэлектрических свойств достигается при x = 0,3 (er = 28,5, Qf = 83 300 ГГц, sf = 53 ppm/C). Это указывает на то, что замена Ti4+ на (Mg1/3Nb2/3) 4+ является эффективным способом регулирования значения sf керамики Sr2TiO4 и следует ожидать дальнейшего изменения диэлектрических свойств за счет подавления образования примесей.