Керамика Pr2Zr3(MoO4)9 была получена методом твердофазной реакции и впервые исследованы микроволновые диэлектрические свойства. Однофазная керамика Pr2Zr3(MoO4)9 с пространственной группой R-3c была получена во всем диапазоне температур спекания (600-800°С), что подтверждено рентгеноструктурным анализом (РФА) и уточнением по Ритвельду. Снимки СЭМ в сочетании с высокой относительной плотностью (95,7%) позволяют предположить, что хорошо плотная керамика Pr2Zr3(MoO4)9 может образовываться при низкой температуре спекания 650°C. Внутренние факторы, влияющие на диэлектрические свойства, были проанализированы в соответствии с теорией химических связей сложных кристаллов и инфракрасными спектрами. . Как правило, новая микроволновая диэлектрическая керамика Pr2Zr3(MoO4)9, спеченная при 650°С, продемонстрировала желаемое сочетание диэлектрических свойств: εr = 10,72, Q·f = 64 200 ГГц (на 9,6 ГГц) и tf = 13,0 ppm/C.
Введение
Поскольку Тактильный Интернет (беспроводные системы 5-го поколения) появился из ниоткуда, микроволновые диэлектрические материалы в настоящее время привлекают все большее внимание [1,2]. Чтобы соответствовать требованиям диэлектрического резонатора, микроволновая керамика должна обладать низкой температурой спекания, подходящей диэлектрической проницаемостью (εr) для интегрирования, высоким коэффициентом добротности (Q·f) для обеспечения превосходного выбора частоты и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты. (tf) для обеспечения высокой термической стабильности [3e5]. Поэтому возникает необходимость поиска новых материалов, отвечающих вышеуказанным требованиям. Кроме того, необходимо исследовать взаимосвязь между внутренней кристаллической структурой и диэлектрическими свойствами [2]. На данный момент есть более желательные результаты в исследованиях микроволновой диэлектрической керамики, в том числе исследования по снижению температуры спекания и применению низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) [6e9], ионному легированию и оптимизации фазового состава для низких диэлектрических потерь. [10–13], повышение температурной стабильности за счет получения композитной керамики [14,15], использование метода холодного спекания [16] и исследование новых керамических систем с высокими характеристиками [17–21]. Более того, некоторые аналитические методы, такие как рамановская спектроскопия и дифракция нейтронов, широко используются в области диэлектрических материалов для анализа кристаллических структур [22–26]. Примечательно, что о некоторых молибдатных соединениях последовательно сообщалось как о микроволновых диэлектрических материалах из-за их более низкой температуры спекания и регулируемых диэлектрических свойств [27,28]. Чжоу и др. сообщили о серии керамики XMoO4, спеченной при температуре менее 900 C, с тетрагональной структурой шеелита, такой как [Ca0,55(Sm1-xBix)0,3]MoO4 [27] и (Ca,Bi)(Mo,V)O4 [28] и т. д. Эти соединения XMoO4 показали εr в диапазоне 10–35 и 10 000–70 000 ГГц для Q·f. Это вдохновило нас на поиск других материалов на основе молибдена. Двойные молибдаты редкоземельных элементов и циркония Ln2(MoO4)3eZr(MoO4)2 широко изучались в связи с их научной и технологической важностью. Структурные, люминесцентные и термические характеристики Ln2Zr3(MoO4)9 (Ln = Ce, Pr, Eu) описаны Доржиевой и соавт. [29]. Базарова и др. построили фазовые диаграммы двойных молибдатных систем Ln2(MoO4)3eZr(MoO4)2 и исследовали диэлектрические характеристики керамики Pr2Zr3(MoO4)9 на частотах 0,1–200 кГц [30]. Более того, сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах ряда керамик Ln2Zr3(MoO4)9 (Ln = La, Nd, Sm, Eu и Gd) [31–35]. Керамика La2Zr3(MoO4)9 с εr 10,8, Q·f = 50 628 ГГц (на 9 ГГц) и tf = 38,8 ppm/C была впервые описана Liu et al. [31]. Чжан и др. улучшили значения добротности матрицы La2Zr3(MoO4)9 до 80 658 ГГц с помощью легирования Ti4+, а также изучили взаимосвязь между характеристиками химической связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики La2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 [ 32]. Кроме того, сообщалось о керамике Nd2Zr3(MoO4)9, Sm2Zr3(MoO4)9, Eu2Zr3(MoO4)9 и Gd2Zr3(MoO4)9 [33–35]. Все они относились к космической группе R-3c и обладали низкой температурой спекания (40 000 ГГц). Однако диэлектрические свойства керамики Pr2Zr3(MoO4)9 (PZM) в диапазоне СВЧ до настоящего времени не исследовались. Таким образом, в поисках другого диэлектрического материала с низкой температурой спекания, керамика Pr2Zr3(MoO4)9 (PZM) была изготовлена твердотельным способом в этой работе, и подробно обсуждались кристаллическая структура, способность к спеканию и микроволновые диэлектрические свойства. Кроме того, внутренние факторы, влияющие на диэлектрические свойства, были исследованы путем расчета параметров химической связи (иконичности, энергии связи, энергии решетки и коэффициента теплового расширения) и подбора фононных параметров.
…………
Вывод
В данной работе исследовалась низкотемпературная микроволновая диэлектрическая керамика Pr2Zr3(MoO4)9. Рентгенофазовый анализ показал, что образцы Pr2Zr3(MoO4)9 принадлежат пространственной группе R3c в тригональной системе. Согласно изображениям СЭМ, компактный образец можно было получить при спекании при 650°С. Керамика Pr2Zr3(MoO4)9 спекалась при 650°С.