Твердые растворы Ce2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 (CZ1-xTxM) (x = 0,02–0,10) готовили методом твердофазной реакции. Исследовано влияние ионов Ti4+, замещающих Zr4+, на поведение при спекании, структуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ce2Zr3(MoO4)9. Картины рентгеновской дифракции (XRD) в сочетании с результатами уточнений Ритвельда подтвердили, что все соединения кристаллизовались в тригональной ячейке (R-3c). Значения Q⋅f свежеприготовленных образцов объяснялись фракцией упаковки и средним размером зерна. Диэлектрическая поляризуемость играла существенную роль в влиянии на диэлектрическую проницаемость, а значения τf были связаны с валентностью связи Zr-узла. Более того, спектры отражения в дальнем инфракрасном диапазоне также использовались для изучения собственных диэлектрических свойств керамики Ce2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 (x = 0,08). Обычно желаемые микроволновые диэлектрические свойства керамики Ce2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 достигаются при x = 0,08 при спекании при 775 ◦C в течение 6 ч: εr = 11,28, Q⋅f = 84 200 ГГц и τf = − 7,86 м.д./°С.
Введение
С наступлением эры 5G появился большой интерес к разработке микроволновых устройств с высокими характеристиками [1,2]. Микроволновая диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью является жизненно важным материалом диэлектрических подложек, которые могут эффективно уменьшить задержку электронного сигнала в диапазоне миллиметровых волн (ММВ), а керамика должна быть оснащена низкими диэлектрическими потерями и отличной температурной стабильностью частоты, что означает высокую Q⋅f и околонулевое τf [3–5]. В настоящее время гораздо больше исследований было сосредоточено на новых открытиях в области микроволновых диэлектрических керамических систем [6–11], улучшении свойств за счет ионного замещения [12–15] и улучшении температурной стабильности за счет получения композитной керамики [16–18]. Керамика на основе Mo, такая как MgMoO4, Na2Zn5(MoO4)6 и [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4, оказалась типичным материалом с низкой диэлектрической проницаемостью [19–22]. Новые двойные молибдаты лантаноидов и циркония переходного металла (системы Ln2O3-ZrO2-MoO3) привлекли большое внимание в связи с их большой технологической и научной значимостью, и ряд исследований был посвящен микроволновым диэлектрическим свойствам Ln2Zr3(MoO4)9 (Ln = La, Ce, Nd и Sm) за последние два года [23–28].

Среди них, Ce2Zr3(MoO4)9 микроволновая диэлектрическая керамика была описана Tao et al. и Shi et al., которые обладали низкой температурой спекания (ниже 800 ◦C) и выдающейся температурной стабильностью (0 > τf > − 10) [25,26]. Тем не менее относительно большие диэлектрические потери (Q⋅f = 24, 720 ГГц) ограничат применение в СВЧ-устройствах. Принятие соответствующего ионного замещения было эффективной стратегией оптимизации диэлектрических свойств [29–31]. Например, Ли и др. улучшил добротность CaMgSi2O6 с 59 638 ГГц до 83 469 ГГц введением Mn2+ [30]. Высокое значение Q⋅f и повышенная диэлектрическая проницаемость были получены в твердом растворе Li2Ti0⋅75(Mg1/3Nb2/3)0,25O3 [31]. Таким образом, замена Zr4+ соответствующими ионами может быть эффективным способом улучшения микроволновых диэлектрических свойств соединений Ce2Zr3(MoO4)9. Необходимо использовать подходящие катионы для замены Zr4+ для снижения диэлектрических потерь керамики Ce2Zr3(MoO4)9. Именно, ионный радиус 0,605 Å Ti4+ (КЧ = 6), близкий к радиусу Zr4+ (0,72 Å, КЧ = 6) [32], и TiO2 могут улучшить микроволновые диэлектрические свойства в некоторых оксидных керамиках, способствуя уплотнению [33]. ]. Следовательно, Ti4+ был принят для замены Zr4+ в Ce2Zr3(MoO4)9 в данном случае. В данной работе керамика Ce2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 (CZ1-xTxM) (0,02 ≤ x ≤ 0,1) была приготовлена методом твердофазной реакции. Влияние замены Zr4+ на Ti4+ на фазовую структуру, спекаемость и Систематически обсуждались микроволновые диэлектрические свойства керамики CZ1-xTxM. При этом было выявлено оптимальное содержание легирования Ti4+ для керамики CZ1-xTxM. Кроме того, диэлектрические вклады оптических фононных мод были исследованы на основе спектра отражения в дальней инфракрасной области.
…………
Вывод
В настоящей работе керамика Ce2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 (x = 0,02–0,1) была приготовлена традиционным твердотельным методом. Было систематически исследовано влияние замены небольшого количества Ti4+ на Zr4+ на фазовый состав, поведение при спекании, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ce2Zr3(MoO4)9. Во всей композиции достигнута единая тригональная фаза R-3c (№ 167). диапазон 0,02 ≤ x ≤ 0,10, который был определен с помощью порошковой рентгеновской дифракции и подтвержден уточнениями Ритвельда. Доля упаковки в сочетании со средним размером зерна может объяснить изменение коэффициента качества. Диэлектрическая проницаемость была в основном связана с ионной поляризуемостью примитивной элементарной ячейки, а значение τf положительно коррелировало с валентностью связи. Более того, дальний инфракрасный спектр показал, что основной поляризационный вклад керамики Ce2(Zr0⋅92Ti0,08)3(MoO4)9 на микроволновой частоте обусловлен поглощением структурных фононных колебаний. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были получены в Ce2(Zr0⋅92Ti0,08)3(MoO4)9 с εr 11,28, высокой Q⋅f 84 200 ГГц и близким к нулю τf −7,86 ppm/°C.