Керамика Mg3Ga2GeO8 была синтезирована методом высокотемпературной твердофазной реакции. Керамика Mg3Ga2GeO8 с орторомбическим структурным типом содержала пространственную группу Имма, состоящую из трех различных октаэдров и одного тетраэдра. Плотная керамика была получена при температуре 1340 ◦C и показала превосходные диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне, а именно низкое значение εr = 9,41, высокое значение Q × f = 133, 113 ГГц и τf = −63,54 ppm/◦C. Собственные микроволновые диэлектрические характеристики были проанализированы на основе коэффициента упаковки, искажения октаэдра и спектров инфракрасного отражения керамики Mg3Ga2GeO8. Эти достоинства делают керамику Mg3Ga2GeO8 подходящим кандидатом для миллиметровых частот.
Введение Стремительное развитие беспроводной связи, такой как мобильная связь 5G, Интернет вещей, интеллектуальная транспортная система и спутниковое вещание, привело к появлению высокоэффективной микроволновой диэлектрической керамики, которая остро необходима для работы на миллиметровых частотах [1–4]. Низкая диэлектрическая проницаемость (εr) полезна для уменьшения времени задержки сигнала и взаимных потерь связи между подложкой и проводниками. Высокий коэффициент качества (Q × f) способствует оптимизации уровня сигнала и разрешения по частоте. Кроме того, близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) способствует сохранению устойчивости устройства при различных температурах окружающей среды [5–9]. Поэтому в фокусе исследований оказались диэлектрики с низким εr, высоким Q×f и близким к нулю τf. Шпинель и оливиновые диэлектрики были тщательно изучены, чтобы помочь в открытии высокоэффективных микроволновых диэлектриков и понять связь между структурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками. Типичными примерами шпинелевых микроволновых диэлектриков являются нормальные шпинели (ZnGa2O4 и ZnAl2O4), инверсная шпинельная керамика (CuGa2O4) и неполные соединения шпинели (MgGa2O4 и MgAl2O4) [10–14]. Ву и др. [10,13] сообщили, что MGa2O4 (M = Mg, Zn) с εr = 9,54, Q × f = 117 000 ГГц и τf = – 4,0 ppm/°C и ZnGa2O4 с εr = 10,4, Q × f = 94 600 ГГц и τf = − 27 ppm/◦C обладают высокими диэлектрическими характеристиками в микроволновом диапазоне. В других исследованиях сообщалось, что оливиновые микроволновые диэлектрики характеризуются низкой диэлектрической проницаемостью и высоким значением добротности, такие как A2GeO4 (A = Mg, Zn и Ca) с εr = 6,75–6,87, Q × f = 95 000–124 900 ГГц и τf = - от 28,7 до – 73,7 м.д./°С [15–17]. Барбье и др. [18] и Leinenweber et al. В работе [19] установлено, что при соединении форстерита Mg2GeO4 и шпинели MgGa2O4 в молярном соотношении 1:1 может образовываться устойчивая ортогональная фаза шпинели Mg3Ga2GeO8 с пространственной группой Имма.
Химия, кристаллическая структура и характеристики высокоэффективного узкополосного красного излучения Mg3Ga2GeO8 также были исследованы [20,21]. Учитывая привлекательные микроволновые диэлектрические свойства шпинели MgGa2O4 и форстерита Mg2GeO4, разумно мнение, что ортогональная шпинель Mg3Ga2GeO8 обладает благоприятными микроволновыми диэлектрическими характеристиками.
Следовательно, связь между структурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками требует дальнейшего изучения. В данной работе керамика Mg3Ga2GeO8 была синтезирована методом высокотемпературной твердофазной реакции. Были подробно исследованы кристаллическая структура, микроструктура и микроволновые диэлектрические характеристики керамики Mg3Ga2GeO8. Затем был измерен спектр отражения инфракрасного излучения, который был адаптирован для дальнейшего изучения собственных диэлектрических характеристик в микроволновом диапазоне.
……………
Вывод
Керамика Mg3Ga2GeO8 подвергалась обычному твердофазному реакционному процессу. Уточняющий анализ данных РФА методом Ритвельда показал, что керамика Mg3Ga2GeO8 с орторомбическим структурным типом входит в пространственную группу Имма. Плотная керамика с однородной микроструктурой (локальная относительная плотность составляла 98,94%) была получена при 1340 ◦C и показала привлекательные микроволновые диэлектрические характеристики, а именно низкое εr = 9,41, высокое Q × f = 133 113 ГГц и τf = −63,54 ppm/. ◦С. Изменение значений Q × f при изменении температуры спекания сильно зависело от степени упаковки, и тренд абсолютного значения τf соответствовал тренду искажения октаэдров Mg/GaO6. Собственное значение εr, равное 8,395, и значение тангенса δ, равное 9,934 × 10–5, были получены по спектрам инфракрасного отражения. Ожидается, что керамика Mg3Ga2GeO8 может стать кандидатом на роль диэлектрического материала с низкими потерями с точки зрения преимуществ удобного изготовления и привлекательных диэлектрических характеристик в микроволновом диапазоне.