Впервые в твердофазном реакционном процессе получена микроволновая диэлектрическая керамика LiYbSiO4 со структурой оливина с близкой к нулю τf. Были изучены взаимосвязи между структурными параметрами, поведением при спекании, колебательными модами и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики. Изменение εr может быть связано с рамановским сдвигом. Изменения значений Q×f обратно коррелировали с FWMH и средней ковалентностью катионов. Значения τf объясняли суммой валентностей связей катионов. Однофазная керамика LiYbSiO4 может быть получена в диапазоне 1100–1140 °C и показала многообещающие микроволновые диэлектрические свойства с εr = 7,36–7,42, Q×f = 19081–25276 ГГц и τf = +4,52–+8,03 ppm/°C.
Введение
За последние десятилетия микроволновая (СВЧ) связь испытала экспоненциальный рост числа пользователей и приложений. Из-за быстрого роста систем связи технология 4G не могла обеспечить большую пропускную способность и более быстрое реагирование на сигнал, что привело к быстрому переходу от 4G к 5G [1–3]. Поскольку основными характеристиками технологии 5G являются малая задержка (временная задержка), широкая полоса пропускания и высокая скорость передачи данных, необходимо дальнейшее изучение новых микроволновых диэлектрических материалов с низким εr и высоким Q×f. Что еще более важно, почти нулевой τf имеет решающее значение для обеспечения стабильности работы устройства [4]. В поисках новых высокоэффективных материалов для приложений 5G силикаты привлекли большое внимание из-за того факта, что связь Si–O в тетраэдрах [SiO4] может ограничивать дребезжащие катионы и, таким образом, приводить к низкому значению εr. и высокое Q×f [5]. До настоящего времени сообщалось о многих типах микроволновых диэлектриков на основе кремния с желаемыми свойствами. Как показано в табл. 1 [6–24], для многих силикатных керамик очевидны недостатки практического применения из-за их высоких температур уплотнения (≥1300 °C) и больших значений τf (|± τf| ≥ 10 ppm/°C). Однако стоит отметить, что Mg2SiO4 оливинового типа обладал чрезвычайно высоким Q×f за исключением недостатка высокой температуры спекания, которая достигала 1450 °С [7]. С другой стороны, LiInSiO4 также принимает структуру оливина, но он может хорошо спекаться при сравнительно низкой температуре спекания (1150 °С) среди перечисленных в табл. 1 керамик. На самом деле к материалам типа оливина относятся не только некоторые ортосиликаты или германаты относятся к X2IISiO4 (X2IIGeO4), но также существуют во многих других соединениях, которые могут быть получены из формулы Mg2SiO4. Например, 2 MgII может быть заменен AI BIII, а именно AI BIIISiO4, а MgIISiIV может быть заменен AI CV, таким как AI BIICVO4 (CV = P, V или As) [25]. В последние годы литийсодержащая микроволновая керамика со структурой оливина, такая как LiMPO4 (M = Mg, Ni и Mn) [26–29] и LiYGeO4 [30], привлекла большое внимание из-за их низких температур спекания (< 1000 °C). Но, к сожалению, большие отрицательные τf для фосфатов и дорогостоящий материал для германатов пока нецелесообразны в коммерциализации.  
Разработка новых силикатов на основе лития с удовлетворительными характеристиками в микроволновом поле 5G кажется более осуществимой и значимой. LiYbSiO4 со структурой оливина с низкой проводимостью впервые был описан Nakayama et al., и он хорошо прокаливается при 1000 °C [31]. Подобно LiInSiO4, октаэдры [YbO6] имеют общие углы и сшиты тетраэдрами [SiO4], образуя трехмерную (3D) сеть с каналами Li вдоль направлений <100>. Но энергетический барьер миграции лития у LiYbSiO4 был немного больше, чем у LiInSiO4, что указывает на то, что проводимость Li+ и диэлектрические потери могут быть ниже в LiYbSiO4 [31–33]. Кроме того, следует отметить, что, несмотря на перспективность катодных материалов для литиевых батарей, некоторые LiMPO4 оливинового типа по-прежнему демонстрировали высокие значения Q×f благодаря прыжковому носителю Li+, который вносил вклад в диэлектрическую релаксацию, а не в проводимость на СВЧ-частоте [26, 28]. Кроме того, октаэдры [YbO6] и [InO6] могут играть разные роли в определении диэлектрических характеристик, например, Ba2YbNbO6 (τf = +2 ppm/°C) может иметь преимущество перед Ba2InNbO6 (τf = +17 ppm/°C), особенно в термостабильность [34]. Учитывая приведенную выше благоприятную информацию, микроволновые диэлектрические свойства керамики LiYbSiO4 до настоящего времени не исследовались. Поэтому в настоящей работе мы первоначально сообщаем о микроволновых диэлектрических свойствах керамики LiYbSiO4, в статье также обсуждаются структурные параметры, поведение при спекании и спектр комбинационного рассеяния.
……………
Выводы
Впервые методом твердофазной реакции была получена микроволновая диэлектрическая керамика LiYbSiO4 со структурой оливина с близкой к нулю τf. Изменение εr может быть связано с рамановским сдвигом и поляризацией Yb3+ в октаэдрах. Изменение значений Q×f было обратно пропорционально FWMH и средней ковалентности катионов. Меньшая сумма валентностей связей катионов представляла меньшие значения τf в данной работе. Однофазная керамика LiYbSiO4, спеченная при 1120 °C в течение 6 часов, показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr = 7,42, Q×f = 25276 ГГц и τf = +4,52 ppm/°C.