Опис літератури, впорядкований за роком публікації

2016

Новая термостабильная микроволновая диэлектрическая керамика LiAlW2O8 была приготовлена обычным методом твердотельной реакции в диапазоне низких температур от 740 ° C до 800 ° C. Моноклинная структура наблюдалась для керамики LiAlW2O8, связанной с второстепенной второй неизвестной фазой. Керамика могла быть хорошо спечена при 780 °C в течение 4 часов с относительной плотностью 95,6% и показала отличные микроволновые диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью (εr) 11,7, значением Q × f 23000 ГГц (при 9,0 ГГц) и температурным коэффициентом резонансного частота (τf) -5,3 ppm / °C. Введение С быстрым развитием технологий беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика получила широкое распространение. внимание. Микроволновые материалы должны иметь подходящую диэлектрическую проницаемость (εr), высокий коэффициент качества (Qf) для лучшей селективности и околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для стабильность, желательно при низкой температуре спекания [1–2]. В последнее время большое количество исследователей обращают внимание на разработку новой микроволновой диэлектрической керамики с собственной низкой температурой спекания для применения в LTCC [3–5], такой как WO3-материалы на основе и на основе Li2O [6–7]. В системах Li2O-M2O3-WO3 Li2WO4 [8] и двойные вольфраматы LiMW2O8 (M = Y, Nd, Sm, Bi) [9–12], как сообщалось, имеют низкую температуру спекания (650–900 °C), но большое отрицательное значение τf 146 ppm/°C для Li2WO4 и положительное значение (63,8 ppm/°C 142 ppm/°C) для M = Y, Nd, См. Чтобы улучшить значения Q f и отрегулировать температурный коэффициент резонансной частоты, AWO4 (A = Ca, Ba, Zn) был добавлен к LiMW2O8, но одновременно увеличена спекание температура. О LiAlW2O8 впервые сообщили Мохосоев и др. [13]. Его появление и рост кристаллов происходили при 600–820 °C по данным температурные области кристаллизации фаз в системе Li2O-Al2O3-WO3 [14]. До сих пор нет сообщений о СВЧ диэлектрические свойства его. В данной работе новая микроволновая диэлектрическая керамика LiAlW2O8 была приготовлена при низкой температуре (740–800 °C) с близким к нулю значением τf, равным 5,3 ppm/°C. Исследованы характеристики спекания, кристаллическая фаза, микроструктура и диэлектрические свойства материала в микроволновом диапазоне.

2016

СВЧ-диэлектрические материалы Li2MgZrO4 с малыми потерями были синтезированы твердотельным методом. Взаимосвязь между характеристиками спекания, фазовым составом, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Li2MgZrO4 была впервые исследована с использованием рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и сетевого анализатора. Образование вторичных фаз и испарение лития наблюдали при температурах спекания выше 1175°С. На диэлектрические свойства керамики Li2MgZrO4 в микроволновом диапазоне влияли характеристики спекания и наличие второй фазы. Кроме того, сообщалось, что энергия связи керамики Li2MgZrO4 используется для анализа собственных потерь. Как правило, керамика, спеченная при 1175°C в течение 4 часов, демонстрировала превосходные микроволновые диэлектрические свойства с εr=12,30, Q·f=40900 ГГц и τf=-12,31 ppm/°C. Введение Диэлектрические материалы СВЧ, такие как дуплексеры, резонаторы, антенны и генераторы, играют важную роль в быстром развитии мобильной и спутниковой связи [1-3]. Для этих высокочастотных приложений беспроводной связи микроволновые диэлектрические материалы должны обладать высокой диэлектрической проницаемостью для миниатюризации электронных компонентов, высокой добротностью для максимальной интенсивности сигнала и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты для адаптации к изменению окружающей среды [4, 5]. Недавно сообщалось о многих соединениях на основе системы Li2O-MgO-BO2 (B=Ti, Sn, Zr) для возможного использования в микроволновой связи [6-8]. Среди нескольких видов СВЧ-диэлектрической керамики керамика Li2MgTiO4 со структурой каменной соли обладает высокими показателями качества и соответствующей диэлектрической проницаемостью, что делает ее подходящим материалом для применения в современных миниатюрных и интегральных пассивных компонентах [9, 10]. Например, Хуанг и др. сообщают, что микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2MgTiO4 составили εr=17,25 Q·ƒ=97 300 ГГц и τf=-27,2 ppm/°C при спекании при 1360°C в течение 2 ч [9]. Что касается Li2MgZrO4, M. Castellanos et al. сообщили, что порошки Li2MgZrO4, спеченные при 1050 °C, имели структуру каменной соли с пространственной группой I41/amd, которая имела ту же структуру, что и αLiFeO2, но отличалась от структуры Li2MgTiO4 [11]. Однако в настоящее время нет сообщений о микроволновых диэлектрических свойствах керамики Li2MgZrO4. В этой работе были исследованы характеристики спекания, энергия связи и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2MgZrO4. Кроме того, были подробно описаны взаимосвязи между фазовым составом, микроструктурой, характеристиками спекания и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Li2MgZrO4. …………… Вывод Керамика Li2MgZrO4 со сверхнизкими потерями была успешно синтезирована традиционным твердотельным способом. Обсуждаются кристаллическая структура, характеристики спекания и микроволновые диэлектрические свойства. Вторичные фазы и испарение лития наблюдались при температурах спекания выше 1175°С. Диэлектрическая проницаемость сильно зависела от пористости и поляризуемости. На значения Q·f в основном влияла микроструктура до 1175°С, а вторая фаза играла важную роль выше 1175°С. Значения τf колебались от -12,57 до -15,68 ppm/°C при повышении температуры спекания. Кроме того, для анализа изменения значений Q·f использовалась теория энергии связи. Отличные микроволновые свойства керамики Li2MgZrO4 были обнаружены при 1175°C с εr=12,30, Q·f=40900 ГГц и τf=-12,31 ppm/°C, что делает керамику перспективной для применения в микроволновых компонентах.

2016

Фазовая эволюция и СВЧ диэлектрические свойства керамики Ca0.61Nd0.26Ti1-x(Al1/2Nb1/2) xO3 в диапазоне 0 ≤ x ≤ 0,2 были определены в этой статье. Для 0 ≤ x ≤ 0,1 результаты дифракции рентгеновских лучей показали единственную фазу структуры перовскита. Поддерживаются высокие значения диэлектрической проницаемости (εr) и добротности (Q × f), а температурный коэффициент резонансной частоты (τf) снизился на 32,4% с 247 ppm/°C до 167 ppm/°C. Когда 0,15 ≤ x ≤ 0,2, дополнительные пики с положениями пиков, совпадающими с Появилась фаза Ca2Nb2O7. Как правило, можно получить высокую относительную диэлектрическую проницаемость (≥ 90) и добротность (≥ 6400 ГГц). при спекании при 1400 °С в течение 2 ч. ВВЕДЕНИЕ Микроволновая диэлектрическая керамика получила широкое распространение. используется в системах беспроводной связи [1], таких как RFID-устройства [2, 3], радар и мобильный телефон [1]. Микроволновые диэлектрические материалы в этих приложениях руководствуются высокой относительной диэлектрической проницаемостью для минимизации размер устройства [2, 3], высокое значение Q для оптимизации выбор сигнала и близкие к нулю температурные коэффициенты на резонансной частоте для стабильной рабочей частоты. Этот руководство дает начало широким исследованиям в области высоких диэлектрических проницаемостей. постоянная керамика из-за их непрактичности τf ценности. Керамика CaTiO3 с высокой диэлектрической проницаемостью [4], BaO-Nd2O3-TiO2 [5] и Bi2O3-V2O5 [6] являются интенсивно сообщается, и CaTiO3 показывает самый высокий относительная диэлектрическая проницаемость. До сих пор много сообщений о ионное замещение в CaTiO3 было доказано как эффективный способ изменения температурного коэффициента на резонансной частоте до нуля. Назвать несколько, CaTi0,1(Li1/3Nb2/3)0,9O3 [7], CaTi0,54(Al1/2Ta1/2)0,46O3 [8], CaTi0,5(Al1/2Nb1/2)0,5O3 [9], CaTi0,34(Mg1/3Nb2/3)0,66O3 [10, 11], все имеют высокую добротность и близкие к нулю τf ценность. Интересен тот факт, что хотя Ca (Al1/2Nb1/2)O3 показывает относительно низкую добротность (7500 ГГц) 4, (Al1/2Nb1/2) 4+ замещенный CaTiO3 обладает достаточно высокой добротность (> 20000 ГГц) [9]. Также эта замена исследования в Ca0.61Nd0.26TiO3, происходящем из CaTiO3 и проявляющие микроволновые диэлектрические свойства εr ~ 100, Q × f ~ 8600 ГГц и τf ~ +250 ppm/°C [12], не имеет Сообщений пока нет. Так что надо бы уточнить фазовая эволюция и микроволновые диэлектрические свойства из (Al1 /2Nb1/2)4+ замещенная керамика Ca0.61Nd0.26TiO3. В настоящей работе Ca0.61Nd0.26Ti1-x(Al1/2Nb1/2)xO3 (0 ≤ x ≤ 0,2) керамика изготавливалась по обычный метод твердофазной реакции. Твердый был определен предел решения и соответствующий Были исследованы также диэлектрические свойства микроволнового излучения.

2016

Керамика Mg2B2O5 получена твердотельным методом. процесс реакции с использованием мольного соотношения MgO: B2O3 = 1: 1. Кристаллическая структура, характеристики спекания и микроволны диэлектрические свойства керамики исследовали Рентгеновская дифракция, сканирующая электронная микроскопия и диэлектрическое измерение. Керамика Mg2B2O5 может быть хорошо уплотняется при 1100 ° C в течение 4 часов. Рентгенограммы показывают, что керамика представляет собой чистый анортный Mg2B2O5 (P-1). фазовая структура с параметрами a = 6.1563 (1) A˚, b = 9,2228 (1) A˚, c = 3,1217 (1) A˚, α= 90,4618 (2), β = 92,1601 (1), y= 104,3993 (1), V = 171,53 (1) A˚3. Наилучшие диэлектрические свойства микроволнового излучения могут быть получены в керамика, спеченная при 1100 C в течение 4 ч с диэлектрической проницаемостью около 5,83, Q × f около 41930 ГГц и sf около -62 ppm / C 1. Введение В связи с бурным развитием мобильных телекоммуникаций большой спрос на новую керамику для использования в качестве подложек в микроволновых интегральных схемах. Микроволновая подложка материалы должны иметь низкую диэлектрическую проницаемость (er), чтобы сократить фазовая задержка, высокое значение Q × f для увеличения частоты избирательность и около нулевой температурный коэффициент резонансной частоты (sf) для поддержания стабильности работы частоты от колебаний температуры [1–6]. Многие Сообщалось о керамических системах с низкой диэлектрической проницаемостью для применения микроволновых подложек, таких как Al2O3 [7–9], силикат [10–12], соединения со структурой шпинели [13–18], молибдат [19–23]. Однако эта керамика требует высокой температуры спекания, что указывает на большую стоимость энергия. С развитием технологии микроволновой связи на более высокие частоты и увеличением Требования к низкой стоимости, всегда есть много заинтересованность в поиске новых материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью, низкой стоимостью и низкими условиями спекания. В бинарной системе MgO–B2O3 Mg2B2O5 проявляет превосходные микроволновые диэлектрические свойства с er = 6,2, Q 9 f = 32 100 ГГц, sf = -18 ppm/C [24]. Однако синтез Mg2B2O5 из стехиометрического соотношение исходных оксидов не приводило к однофазному керамический. Однофазный Mg2B2O5 был получен с 14 мас.% (*30 мол.%) избытка B2O3, отожженного при 1200 C, как а также при 1250 C. В настоящем исследовании керамика Mg2B2O5 была приготовлен с использованием мольного соотношения MgO:B2O3 = 1:1. Кроме того, микроволновые диэлектрические свойства и фазовые исследована также структура керамики. ……………………… 4. Выводы Керамика Mg2B2O5 была получена с использованием состава из MgB2O4. Керамика Mg2B2O5 может быть получена твердым государственный реакционный метод и хорошо уплотняется после спекания при выше 1050 С в течение 4 ч на воздухе. Керамика представляет собой чистую фазу с Mg2B2O5. После спекания при 1100°С в течение 4 ч Mg2B2O5 Керамика обладает хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне. диэлектрическая проницаемость около 5,83, значение Q × f около 41 930 ГГц и sf около -62 м.д./°С. Большой sf ограничивает его еще больше применение в микроволновых устройствах, следующая работа будет сосредоточена на регулировка значения sf.

2016

Новое соединение Li2Mg3TiO6 было получено традиционным твердотельным методом для разработки СВЧ-диэлектрических материалов со сверхмалыми потерями. Керамика Li2Mg3TiO6 с кубической каменной солью структура продемонстрировала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: ɛr = 15,2, Q f = 152 000 ГГц и τf = 39 частей на миллион/°С при 1280°С. Добавление LiF улучшило спекаемость керамики Li2Mg3TiO6 и эффективно снизил температуру спекания до 950 °C без ухудшения диэлектрических свойств микроволнового излучения 1. Введение С быстрым развитием телекоммуникаций и радиолокации систем, высококачественная микроволновая диэлектрическая керамика привлекает растущий интерес исследователей к приложениям миллиметрового диапазона. Таким образом, микроволновая диэлектрическая керамика со сверхвысоким добротность (Q), низкая диэлектрическая проницаемость (ɛr) и небольшой температурный коэффициент резонансной частоты (|τf|r10 ppm/°C). сильно требуется. Исходя из своих требований, многие превосходящие такие материалы, как Al2O3, Mg4Nb2O9, Mg2SiO4, широко исследовались как кандидаты для высокочастотных применений [1–3]. Кроме того, кубическая структура Ba(Zn1/3Ta2/3)O3, MgO сообщалось, что они обладают значительно высоким Q [4,5]. Однако их температура спекания слишком высока для достижения экологических показателей. и экономическая цель, или применение в низкотемпературном совместном сжигании керамические (LTCC) многослойные устройства. И искать новые малопотертые и недорогие диэлектрические материалы всегда являются первоочередной проблемой в Последние несколько лет. Литийсодержащие соединения, такие как Li2ATi3O8 (A=Mg, Zn), Li2WO4, Li2CeO3, Li3AO4 (A=Nb, Ta, Sb), Li2TiO3 были разработаны благодаря их относительно низким температурам спекания [6–10]. Среди них кубическая структура Li2ATi3O8 (A=Mg, Zn) и Li2CeO3 и структура каменной соли керамики Li2TiO3 приобрели большое внимание из-за их превосходного микроволнового диэлектрика характеристики. Заменой атомов решетки Ti в Li2TiO3 на Керамика Sn, Zr и Mn, Li2Sn(Zr, Mn)O3 с аналогичной каменной солью структура была получена и продемонстрировала превосходные диэлектрические свойства [11,12]. Li2Mg3SnO6, которые имеют упорядоченную гранецентрированную кубическую структуру каменной соли, сообщили Keulen et al. [13]. Керамика Li2Mg3SnO6 была изготовлена и получена превосходная микроволновые диэлектрические свойства (εr = 8,8, Q f = 123 000 ГГц и τf = 32 ppm/°C, будет указано в другом месте). Из-за подобного Эффективные ионные радиусы Шеннона и одинаковый заряд Ti4+ и Sn4+ целесообразно синтезировать новое соединение Li2Mg3TiO6 и исследовать их диэлектрические свойства. В данном исследовании была изготовлена керамика Li2Mg3TiO6 и влияние LiF как спекающего агента на спекаемость и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2Mg3TiO6. расследовано. ………………… 4. Вывод Новая керамика Li2Mg3TiO6 была исследована как перспективная. диэлектрическая керамика с низкими потерями для микроволнового применения. Как и ожидалось, хорошие микроволновые диэлектрические свойства (εr=15,2, Q f= 152000 ГГц и τf = 39 ppm/°C) были получены при 1280°C для чистая керамика Li2Mg3TiO6. Добавление LiF улучшило спекаемость керамики Li2Mg3TiO6 и успешно снизило температуру спекания до 950 °C. Кроме того, микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2Mg3TiO6, легированной LiF, сильно изменились. зависит от уплотнения и морфологии зерна. 4 мас.% LiF

2016

Используя обычную твердофазную реакцию, были получены керамики Li2Mg3BO6 (B = Ti, Sn, Zr) и их исследованы микроволновые диэлектрические свойства. Анализ показал, что кубический Li2Mg3BO6 (B = Ti, Sn, Zr) керамика со структурой каменной соли может быть получена в соответствующем интервале температур спекания. Три перспективные керамики Li2Mg3TiO6, Li2Mg3SnO6 и Li2Mg3ZrO6, спеченные при 1280 ◦C, 1360 ◦C и 1380 ◦C обладала диэлектрическими свойствами в СВЧ диапазоне: r = 15,2, 8,8 и 12,6, Q × f = 152 000 ГГц (на частоте 8,3 ГГц), 123 000 ГГц (на частоте 10,7 ГГц) и 86 000 ГГц (на частоте 9,3 ГГц), а f = –39 частей на миллион/°C, –32 частей на миллион/°C и -36 ppm/°C соответственно. 1. Введение Диэлектрическая керамика для СВЧ - незаменимые компоненты в беспроводной связи благодаря таким характеристикам, как компактность, малый вес, термическая стабильность, низкая стоимость и отличные производительности [1,2]. Разработано множество устройств СВЧ с использованием диэлектрических резонаторов в качестве частотно-определяющих компоненты. Четыре характерных свойства требуются от с точки зрения конструкции устройства: (1) высокая добротность (низкая диэлектрическая потери, Q×f > 10 000 ГГц) для селективности, (2) низкая диэлектрическая проницаемость (r < 15) во избежание задержки сигнала, (3) малый температурный коэффициент резонансной частоты для стабильности, (4) низкая температура спекания (T < 960 ◦C) для использования более дешевого и высокопроводящего внутреннего электрода металлов [3–6]. Поиск новых материалов, удовлетворяющих все вышеупомянутые требования, является одной из основных проблем с которыми сталкивается электронная промышленность. В последнее время многие системы диэлектрических материалов, состоящие из TeO2, Разработаны Bi2O3, MoO3, P2O5, Li2O и V2O5 [7–12]. Среди них литийсодержащие соединения, такие как Li2WO4, Li2CeO3, Li3AO4 (A= Nb, Ta, Sb) и Li2TiO3 получили значительное распространение. внимание из-за их превосходных микроволновых диэлектрических свойств [13-16]. Керамика Li2TiO3, имеющая перспективные микроволновые диэлектрические свойства r = 20–24, Q × f = 40 000–70 000 ГГц и f = +(20–30) ppm/°C, имеют структуру каменной соли [17, 18]. Посредством замещение атомов решетки Ti в Li2TiO3 на Sn, Zr и Mn, Керамика Li2Sn(Zr, Mn)O3 с аналогичной структурой каменной соли получены и продемонстрированы превосходные диэлектрические свойства [19,20]. Li2Mg3SnO6 со структурой гранецентрированной кубической каменной соли был сообщили Keulen et al. [21,22]. Однако микроволновый диэлектрик свойства керамики Li2Mg3SnO6 не исследовались, т.к. еще. Из-за сходных эффективных ионных радиусов Шеннона и одинакового заряда Ti4+ [радиус = 0,605 А, Координационное число (КЧ) = 6], Zr4+ (радиус = 0,72 ´ A, ˚ CN = 6) и Sn4+ (радиус = 0,69 A, CN = 6), это целесообразно синтезировать керамику Li2Mg3BO6 (B = Ti, Sn, Zr). В этом исследования, кристаллической фазы, микроструктуры и микроволнового диэлектрика. исследованы свойства керамики Li2Mg3BO6 (B = Ti, Sn, Zr). ….. 4. Вывод Серия СВЧ-диэлектриков Li2Mg3BO6 (B = Ti, Sn, Zr) Керамика была произведена с использованием обычного твердотельного методом и исследованы фазовая чистота, микроструктура и диэлектрические свойства. Рентгенограммы показали, что все образцы показал кубическую структуру каменной соли и немного нечистого фазы Mg2SnO4 и ZrO2 наблюдались в Li2Mg3SnO6 и керамики Li2Mg3ZrO6 соответственно. Образцы спекались при 1280 ◦C (для Li2Mg3TiO6), 1360 ◦C (для Li2Mg3SnO6) и 1380 ◦C (для Li2Mg3ZrO6) показал отличные микроволновые диэлектрические свойства: r = 15,2, Q × f = 152 000 ГГц (на 8,3 ГГц), f = −39 ppm/°C, r = 8,8, Q × f = 123 000 ГГц (на частоте 10,7 ГГц), f = −32 ppm/°C и r = 12,6, Q × f = 86 000 ГГц (на частоте 9,3 ГГц) f = −36 ppm/°C соответственно. То превосходные микроволновые диэлектрические свойства Li2Mg3BO6 (B = Ti, Sn, Zr) керамика делает их потенциальными кандидатами для применения.

2016

Зависимость микроволновых диэлектрических свойств MgTi1-x(Mg1/3B2/3)xO3 (B = Nb, Ta, 0,03 ≤ x ≤ 0,20) керамики на их структурные характеристики. Одна фаза с структура ильменита подтверждена во всем диапазоне составов. Поскольку содержание (Mg1/3B2/3)4+ увеличились в позициях Ti4+, увеличились объем элементарной ячейки и средняя октаэдрическая дисторсия, а фактор толерантности снизился. Эти результаты можно объяснить снижением как коэффициента качества (Qf), так и и температурный коэффициент резонансной частоты (ТКЧ) образцов. Керамика MgTi1-x(Mg1/3B2/3)xO3 образцы с B = Ta5+ показали более низкую диэлектрическую проницаемость (K) и более высокое значение Qf, чем образцы с B = Nb5+ из-за их высокой степени средней ковалентности. Хотя диэлектрическая поляризуемость (Mg1/3B2/3)4+ была больше, чем у Ti4+, значение K образцов уменьшалось линейно при замещении (Mg1/3B2/3)4+ из-за уменьшения относительной плотности образцов 1. Введение В связи с растущим спросом на высокочастотные системы связи, микроволновые диэлектрические материалы с высоким качеством фактора (Qf) становятся более важными, чем когда-либо. Высокие значения Qf для улучшения частотной избирательности, низкая диэлектрическая проницаемость постоянная (K) для высокой скорости передачи сигнала и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (TCF) для улучшения тепловых характеристик. стабильность резонанса необходима для улучшения функциональности устройства [1]. Керамика MgTiO3 [2] со структурой ильменита получила внимание в качестве высокодобротных диэлектриков, наряду с Zn2SiO4 [3], Mg2SiO4 [4], Al2O3 [5] и Mg4Nb2O9 [6]. Эта структура имеет два типы кислородных октаэдров: один представляет собой октаэдр двухвалентного катиона (A2+) (AO6), а другой представляет собой октаэдр четырехвалентного катиона (B4+) (БО6). Между этими кислородными октаэдрами наблюдается разделение граней для один и тот же тип кислородных октаэдров, при этом наблюдается совместное ребро для различного типа кислородных октаэдров [2]. Сообщалось что тип разделения кислородных октаэдров может повлиять на микроволновые диэлектрические свойства. Кристаллические структуры, связанные путем разделения ребер или граней кислородных октаэдров показали высокие значения Qf из-за повышенной стабильности кристаллической структуры [7]. Основываясь на этих отчетах, микроволновые диэлектрические свойства зависит как от внутренних структурных особенностей, так и от внешние факторы, такие как наличие вторичных фаз, плотность и морфология зерен [8]. Структурные характеристики могут быть оценивают по степени ковалентности [9–11], указывающей на тип связывания, эффект упорядочения катионов, наблюдаемый с помощью рамановской спектроскопии [12], и октаэдрическое искажение [13], рассчитанное методом индивидуальная длина связи в кислородных октаэдрах с использованием уточнения Ритвельда [14]. Чтобы улучшить значение Qf керамики MgTiO3, двухвалентные замещающие катионы, такие как Ni [15], Zn [16] и Co [17], для центров Mg и четырехвалентные замещающие катионы, такие как Sn [16] и Zr [18] для сайтов Ti были широко исследованы. В отношении Перовскитовая керамика ABO3, высокие значения Qf могут быть получены не только замещением четырехвалентных катионов в B-положениях [19,20], но и изовалентной заменой комбинаций четырехвалентные катионы, такие как (Li1/4B3/4)4+ [21], (Mg1/3B2/3)4+ [22] и (Al1/2B1/2)4+ [23] (B = Nb и Ta) в B-позициях. Следовательно, изовалентный замены заслуживают рассмотрения для улучшения Qf керамики MgTiO3. Согласно Куангу и соавт. [24], изовалентный замещение (Mg1/3Ta2/3)4+ в позиции Ti в ильмените MgTiO3 Керамика была предпринята, но о зависимости диэлектрических свойств от структурных характеристик не сообщалось. В данном исследовании изучалось влияние изовалентного замещения на микроволновые диэлектрические свойства керамики MgTiO3. (Mg1/3B2/3)4+ (B = Nb и Ta) в позициях Ti. Также зависимость диэлектрических свойств от структурные характеристики (Mg1/3B2/3)4+ замещенной керамики MgTiO3 [MgTi1-x(Mg1/3B2/3)xO3 (B = Nb, Ta) (0,03 ≤ x ≤ 0,20)]. …………… 4. Выводы Микроволновые диэлектрические свойства MgTi1-x(Mg1/3B2/3)xO3 (B = Nb, Ta) (0,03 ≤ x ≤ 0,20) были исследованы на основе их структурные характеристики. Полные твердые растворы с ромбоэдрической структурой ильменита были получены на всем протяжении ряд композиций как с Nb, так и с Ta. Образцы MgTi1-x(Mg1/3B2/3)xO3 с B = Ta5+ показал более высокую ковалентную связь характеристик, чем у B = Nb5+, что подтверждается спектроскопии комбинационного рассеяния света, и может привести как к низкой диэлектрической проницаемости (K), так и к высокому коэффициенту качества (Qf) для образцов с В = Та5+. Величина K несколько уменьшалась с уменьшением относительных плотностей, а температурный коэффициент резонансного частота (TCF) также уменьшалась за счет увеличения средней октаэдрической дисторсии из-за разницы средних ионных радиусов между Ti4+ (0,605 Å) и (Mg1/3B2/3)4+ (0,667 Å). Значение Qf образцы сильно зависели от степени средней ковалентности. Для образцов с B = Nb5+ и Ta5+ наибольшая Qf значения наблюдались при x = 0,05 из-за улучшенного эффекта упорядочения катионов, что подтверждалось тем, что эти образцы также имел наименьшую полную ширину при полумаксимальных (FWHM) значениях их рамановские пики.

2016

Синтезировано и охарактеризовано новое соединение Раддлсдена-Поппера типа n = 2 Sr2LaAlTiO7, исследованы микроволновые диэлектрические свойства и их микроструктура. Рентгеновская дифракция (XRD) анализ Ритвельда и картины дифракции электронов на выбранных участках (SAED) подтвердили, что эти соединения принадлежат к пространственной группе I4/mmm с тетрагональной кристаллической симметрией. Параметры решетки были рассчитаны как a = b = 3,840 Å и c = 20,270 Å. Межслойная поляризация была намного ниже, чем у ранее описанной керамики SrLa2Al2O7, а хорошо упорядоченное распределение ионов вдоль оси c было подтверждено изображениями, полученными с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM). Отличные микроволновые диэлектрические свойства и оптимальное сочетание (εr = 26,5, Q×f = 110 850 ГГц, τf = 2,95 ppm/oC) были получены для образца, спеченного при 1600oC на воздухе в течение 3 часов. Принимая во внимание достоинства простой подготовки, меньшей технологической чувствительности и, что наиболее важно, сравнительно дешевого сырья, можно ожидать, что керамика Sr2LaAlTiO7 станет многообещающим кандидатом на роль диэлектрической керамики со сверхнизкими потерями для СВЧ. Введение В последние десятилетия диэлектрическая керамика с надлежащей диэлектрической проницаемостью εr, высоким коэффициентом добротности Q (обратная величина диэлектрических потерь) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) привлекла широкое академическое и коммерческое внимание из-за важных приложений для резонаторов. , фильтр и другие ключевые компоненты в системах микроволновой связи.1,2 С быстрым развитием микроволновой связи в сторону высокочастотного микроволнового и миллиметрового диапазонов настоятельно требуется микроволновая керамика со сверхнизкими потерями.3–5 Пока Ba(Mg1/3Ta2 /3)O3 (εr = 25, Q×f = 176 000 ГГц, τf = 2,7 ppm/oC) был признан наиболее важной микроволновой диэлектрической керамикой со сверхнизкими потерями.6 Однако плохая способность к спеканию, сильная зависимость свойств от обработки и высокая стоимость из-за дорогого сырья (Ta2O5) поставили под сомнение их дальнейшее использование в обычных микроволновых приложениях. τf = 0 м.д./°C ) имеют относительно низкую стоимость,10 но их значения Q×f недостаточно высоки для высокочастотных микроволновых и миллиметровых волн. Таким образом, поиск новых керамических диэлектрических систем со сверхнизкими потерями, обладающих высокой производительностью в сочетании с приемлемой стоимостью, является сложной задачей. В последнее время соединения Раддлсдена-Поппера (RP) вызывают постоянный научный интерес и представляют собой активную область исследований благодаря их удивительным физико-химическим свойствам.11-14 Общая формула этих соединений может быть записана как (A,A')n +1BnO3n+1, а их структуру можно рассматривать как состоящую из n блоков угловатых (BO6 ) октаэдров, упорядоченно сросшихся со слоем каменной соли ((A,A')O) вдоль оси c. В нашей предыдущей работе были предложены керамики MLnAlO4 и SrLn2Al2O7 (M = Sr, Ca, Ln = La, Nd и Sm) с n = 1 и 2 RP-структурой и их превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 16 ~ 19, Q ×f = 54 600 ~ 69 500 ГГц, τf = –32 ~ –1 ppm/oC для n = 1, εr = 18,2 ~ 21,6, Q×f = 64 680 ~ 71 680 ГГц и τf = –22,1 ~ +4 ppm/oC для n = 2).11–15 Кроме того, путем систематического анализа структуры Fan и Yi et al. обнаружили, что межслойная поляризация структуры RP берет на себя основную ответственность за диэлектрические потери, и можно ожидать дальнейшего улучшения микроволновых диэлектрических свойств за счет структурных модификаций. систем растворов, где были достигнуты общие улучшения микроволновых диэлектрических свойств (εr = 18,5 ~ 21,5, Q×f = 75 000 ~ 96 500 ГГц, τf ~ 0 ppm/oC)16–18. Однако микроволновые диэлектрические характеристики, особенно Q×f значение все еще недостаточно хорошо. Учитывая, что керамика SrLn2Al2O7 с n = 2 обычно имеет более высокие значения εr и Q×f по сравнению с керамикой MLnAlO4, следует ожидать более эффективной модификации микроволновых диэлектрических характеристик. С другой стороны, керамика SrLa2Al2O7 демонстрирует наилучшее сочетание микроволновых диэлектрических свойств (εr = 18,2, Q×f = 71 680 ГГц, τf = –22,1 ppm/oC) среди серии SrLn2Al2O7 и их теоретического значения Q×f (130 300 ГГц). примерно в два раза превышает измеренное значение. Однако лишь немногие члены системы твердый раствор являются термодинамически стабильными, и синтез таких слоистых оксидов стал серьезной проблемой. Поскольку ряд соединений Sr2La(B1 3+B2 4+)O7 (B1 = Fe, Cr, B2 = Mn, Ti) уже был исследован в литературе,20–23 может быть разработано и получено новое соединение RP Sr2LaAlTiO7 в качестве нового кандидата на микроволновую диэлектрическую керамику со сверхнизкими потерями. В работе керамика Sr2LaAlTiO7 впервые была приготовлена стандартным твердофазным реакционным методом и оценены ее микроволновые диэлектрические свойства вместе с микроструктурами. Кроме того, проводится анализ спектров инфракрасного отражения, чтобы понять их внутренние диэлектрические свойства. ……………… Выводы Керамика Sr2LaAlTiO7 была успешно получена с помощью относительно простого процесса. Результаты XRD и SAED показывают образование структуры n = 2 Раддлесдена-Поппера с пространственной группой I4/mmm. Микрофотографии СЭМ указывают на более плотную микроструктуру и больший размер зерна при спекании при 1600°C, где хорошо упорядоченные срастания между блоками перовскита и каменной соли также подтверждаются наблюдением HRTEM. Прекрасные микроволновые диэлектрические свойства (особенно сверхвысокое значение Q×f) могут быть получены в настоящей керамике, а наилучшее сочетание микроволновых диэлектрических характеристик получается следующим образом: εr = 26,5, Q×f = 110 850 ГГц, τf = 2,95 ppm/ oC, которые намного лучше, чем для MLnAlO4 и SrLn2Al2O7, и почти конкурируют с таковыми для Ba(Mg1/3Ta2/3)O3. Принимая во внимание достоинства более легкой подготовки, меньшей чувствительности процесса и, что наиболее важно, сравнительно дешевого сырья, можно ожидать, что керамика Sr2LaAlTiO7 станет многообещающим новым кандидатом для микроволновой диэлектрической керамики со сверхнизкими потерями.

2016

Две новые низкотемпературные микроволновые диэлектрические керамики ACa2Mg2V3O12 (A = Li, K) были получены методом твердофазной реакции. Были исследованы фазовый состав, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства. Рентгеноструктурный анализ (XRD) показал, что обе керамики кристаллизовались в кубическую структуру граната. Обе керамики хорошо уплотнялись при температурах ниже 960 oC. Керамика LiCa2Mg2V3O12, спеченная при 940 oC с относительной плотностью ~ 96,3 %, получила оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 9,8, Q×f ~ 24 900 ГГц (на 11,0 ГГц), τf ~ +259,2 ppm/oC. Для KCa2Mg2V3O12 спеченная при 900 оС керамика имела относительную плотность ~ 96,1 %, относительную диэлектрическую проницаемость (εr) ~ 10, добротность (Q×f) ~ 30330 ГГц и большой положительный температурный коэффициент резонансной частоты τf ~ + 190,9 частей на миллион/oC. Обе керамики ACa2Mg2V3O12 (A = Li, K) были химически совместимы с Ag-электродами. Большая положительная τf керамики LiCa2Mg2V3O12 могла быть компенсирована за счет формирования твердого раствора с NaCa2Mg2V3O12, а улучшенные свойства с близким к нулю τf = +2 ppm/oC, εr = 9,9, Q×f = 45500 ГГц были получены для 0,16LiCa2Mg2V3O12-0,84. Керамика NaCa2Mg2V3O12 спекалась при 920 oC в течение 4 часов. 1. Введение В последние годы низкотемпературная керамика с совместным обжигом (LTCC) вызывает значительный интерес из-за требований миниатюризации и интеграции [1, 2]. Как правило, передовая керамика для микроволновых интегральных схем должна иметь высокую добротность (Q×f), низкую диэлектрическую проницаемость (εr) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf). Кроме того, для технологии LTCC керамика должна быть спечена при температурах ниже 960 oC (температура плавления внутреннего электрода, такого как Ag). Часто для снижения температуры спекания используют легкоплавкие добавки, что приводит к ухудшению микроволновых диэлектрических свойств керамических материалов [3, 4]. Совсем недавно сообщалось, что некоторые ванадатные соединения со структурой граната являются потенциальными микроволновыми диэлектрическими керамиками для применений LTCC из-за их изначально низких температур спекания и многообещающих микроволновых диэлектрических свойств. Например, керамика LiCa3MgV3O12, спеченная при 900 оС, имеет относительную диэлектрическую проницаемость (εr) ~ 10,5, добротность (Q×f) ~ 74 700 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) ~ -61 ppm/oC) [5] . Керамика NaCa2Mg2V3O12 имеет εr = 10, Q×f = 50 600 ГГц и τf = -47 ppm/oC при спекании при 915 oC [6]. При сравнении установлено, что большое отрицательное значение τf является общей чертой ванадатных гранатов (как показано в табл. 1). Это в значительной степени затруднило бы их практическое применение. Как правило, для настройки значения τf было предложено два подхода. Первый способ заключается в формировании композита между двумя соединениями с противоположными знаками значения τf. В нашей предыдущей работе [6] близкие к нулю τf гранаты были достигнуты за счет компенсации большого отрицательного τf за счет CaTiO3, имеющего положительный (~ +800 ppm/oC). Такой подход, несмотря на эффективную корректировку значений τf, мог вызвать резкое ухудшение добротности. Формирование твердого раствора - еще один общепринятый метод регулирования температуры. Этот метод предпочтителен из-за его способности поддерживать высокое значение Q×f при успешной настройке τf. Таким образом, целесообразно искать новые микроволновые диэлектрики с положительными значениями τf в ванадатных гранатах в качестве температурных компенсаторов. Синтез ACa2Mg2V3O12 (A = Li, K) впервые был описан Неургаонкаром и др. [11]. Они сообщили, что оба соединения с кубической структурой граната могут быть легко получены при 750 oC в течение 24 часов. Ли и др. В работе [12] изучались флуоресцентные и люминесцентные свойства KCa2Mg2V3O12, хотя до сих пор не сообщалось об их микроволновых диэлектрических свойствах. В этой работе керамика ACa2Mg2V3O12 (A = Li, K) была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции, и были изучены ее кристаллическая структура, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства. ……………… 4. Выводы Таким образом, керамика ACa2Mg2V3O12 (A = Li, K) была приготовлена методом твердофазной реакции. Обе керамики хорошо уплотнялись при температурах ниже 960 oC. Керамика LiCa2Mg2V3O12 показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 9,8, значением Q×f ~ 24 900 ГГц и τf ~ +259,2 ppm/oC. Для керамики KCa2Mg2V3O12 оптимальные микроволновые диэлектрические свойства составили: εr ~ 10, Q×f ~ 30300 ГГц и τf ~ +190,9 м.д./°C. Большое положительное значение τf керамики LiCa2Mg2V3O12 можно было регулировать путем формирования твердого раствора с NaCa2Mg2V3O12, а керамика (Li0,16Na0,84)Ca2Mg2V3O12, спеченная при 920 °C в течение 4 ч, показала улучшенные свойства с εr ~ 9,9, Q×f ~ 45 500 ГГц. , τf ~ +2 ppm/oC. Кроме того, анализ XRD и EDS показал, что обе керамики химически совместимы с серебряными электродами при соответствующих температурах спекания.

2016

Исследованы изменения кристаллической структуры керамики (1-x)ZnZrNb2O8 xTiO2, спеченной при 1150 °C в течение 4 ч, и изучена связь этих изменений с микроволновыми диэлектрическими свойствами. С увеличением х идентифицированы три типа кристаллических структур: вольфрамит, иксиолит и рутил. При x 0,4 обнаружен однофазный твердый раствор структуры вольфрамита. При 0,6 x 0,7 керамика образовывала однофазный твердый раствор со структурой иксолита. А при х=0,8 была получена смесь двух фаз твердого раствора на основе структур иксолита и рутила. СВЧ-диэлектрические свойства образцов изменялись при кристаллических структурных переходах. Кроме того, с помощью TiO2 значение τf керамики 0,3ZnZrNb2O8 0,7TiO2 было доведено почти до нуля 2,4 ppm/°C, что сопровождалось превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr 41,4, Qf 38 500 ГГц. Это представляет собой очень перспективный материал для микроволновых приложений. 1. Введение С развитием технологии высокочастотной беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика, которую можно использовать в качестве диэлектрических резонаторов, фильтров, волноводов, подложек и антенн, привлекла большое научное и коммерческое внимание. В общем случае требуется, чтобы микроволновая диэлектрическая керамика имела высокую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Qf) и стабильный температурный коэффициент резонансной частоты (τf) около 0 ppm/°C [1]. В последнее время все большее внимание привлекают соединения AZrNb2O8 (A = Zn, Mg, Mn, Co) с моноклинной кристаллической структурой вольфрамита благодаря их хорошим диэлектрическим свойствам [6–13]. Среди таких соединений Ramarao et al. В работе [10] сообщается о микроволновых диэлектрических свойствах керамики CoZrNb2O8 (εr12,3, Q f26,950 ГГц и τf 28,2 ppm/°C). В работе [11] сообщается о керамике MnZrNb2O8, демонстрирующей диэлектрические свойства εr24,6, Q f27,936 ГГц и τf 55,1 ppm/°C. Цзо и др. В работе [12] исследованы микроволновые диэлектрические свойства керамики MgZrNb2O8 (εr26, Q f120,816 ГГц, τf 50,2 м.д./°C). В нашей предыдущей работе ZnZrNb2O8 со структурой вольфрамита имел относительную диэлектрическую проницаемость 29,4, значение Q f 61 130 ГГц и значение τf 52,6 ppm/°C [8,9]. Однако большинство из них имели относительно низкую диэлектрическую проницаемость и большие отрицательные значения τf, что часто ограничивало их практическое применение. Чтобы получить материал, устойчивый к температуре, настройка τf до значения, близкого к нулю, может быть достигнута путем добавления других соединений, имеющих τf противоположного знака. Рутил TiO2 с большой диэлектрической проницаемостью (105) и большим положительным значением τf (+460 ppm/°C) часто использовался для улучшения диэлектрической проницаемости и компенсации отрицательного значения τf диэлектрика [14]. В настоящей работе TiO2 был объединен с ZnZrNb2O8 для получения термостабильной системы материалов. Фазовая эволюция и микроволновые диэлектрические свойства системы (1x)ZnZrNb2O8xTiO2 были впервые исследованы в зависимости от содержания TiO2 (x=00,8). Также была изучена взаимосвязь между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами в керамике. …… 4. Вывод Исследованы фазовая эволюция, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики (1 x)ZnZrNb2O8 xTiO2 (x = 00,8). Рентгенограмма показала, что с мол. % (x) TiO2 наблюдались три отдельные фазовые области: вольфрамит, иксиолит, смесь иксолита и область твердого раствора рутила. Диэлектрическая проницаемость и температурный коэффициент резонансной частоты показали аналогичную тенденцию изменения и увеличились с 27,7 до 55,4 и с 58,9 до 17,9 ppm/°C во всем диапазоне составов соответственно. При этом добротность непрерывно снижалась с 63 110 до 26 500 ГГц в результате фазового перехода. Образец, состоящий из 0,3ZnZrNb2O8·0,7TiO2, обладает средней диэлектрической проницаемостью 41,4, высокой добротностью f 38 500 ГГц и очень малой τf 2,4 ppm/°C, демонстрируя уникальный потенциал температурной стабильности. Рис. 3. СЭМ-микрофотографии (1 х) Керамика ZnZrNb2O8 xTiO2, спеченная при 1150 °С в течение 4 ч: (а) х = 0, (б) х = 0,2, (в) х = 0,4, (г) х = 0,6, (д) х = 0,7, (е) ) х = 0,8. Рис. 4. Микроволновые диэлектрические свойства керамики (1 x)ZnZrNb2O8 xTiO2, спеченной при 1150 °C в течение 4 ч.

2016

Новую не содержащую стекла низкотемпературную диэлектрическую керамику для микроволнового обжига Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 с упорядоченной структурой шеелита получали обычным методом твердотельной реакции. Плотную керамику получали при температурах спекания от 800 до 860 °С. Соединение Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 кристаллизовалось с упорядоченной в B-позиции структурой типа шеелита с пространственной группой C2/c. Керамика Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 может хорошо спекаться при температуре около 830 °C, демонстрируя хорошие микроволновые диэлектрические свойства εr 26,1, Qf 49 800 ГГц и TCF 86 ppm/1C. Внутренние диэлектрические параметры керамики Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 были оценены путем аппроксимации спектров отражения в дальней инфракрасной области (FIR) с помощью классической модели гармонического осциллятора. Введение Технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) обеспечивает элегантный и экономичный способ трехмерной интеграции электронных компонентов, используемых в мэйнфреймах компьютеров и телекоммуникационных системах. Технология LTCC основана на использовании микроволновой диэлектрической керамики, которая может быть уплотнена при температурах ниже температуры плавления металлов (таких как Ag, Cu, Al и т. д.), Используемых во внутренних схемах, без ухудшения их диэлектрических характеристик. Следовательно, поиск микроволновых диэлектрических керамических материалов с высокой добротностью (значением Qf), температурным коэффициентом резонансной частоты (значением TCF), близким к нулю, и низкой температурой спекания (ST), был горячей темой исследований во всем мире [1–3]. Поскольку микроволновая диэлектрическая керамика BaTe4O9 с температурой спекания около 550 °C [4,5] исследовались различные микроволновые диэлектрические керамики со сверхнизкими температурами спекания [6–13]. В наших предыдущих работах было обнаружено, что моноклинный шеелит со структурой Bi (Fe1/3Mo2/3)O4, в которой тетраэдры FeO4 и MoO4 имеют упорядоченное расположение, хорошо уплотняется при температуре около 830 ° C и демонстрирует высокие диэлектрические свойства микроволнового излучения [14,15 ]. Подобно Bi (Fe1/3Mo2/3)O4, керамика Bi (In1/3Mo2/3)O4 может быть хорошо уплотнена при 840 °C, с диэлектрической проницаемостью 25,2, значением Qf 40 000 ГГц и значением TCF 65 ppm/1C [16]. Подобная упорядоченная структура шеелита также была обнаружена в Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 и Bi(Sc1/3Mo2/3)O4, в то время как аналогичная фаза не могла бы образоваться, если бы присутствовал алюминий (Al) или хром (Cr) на участке B [17,18]. В настоящей работе керамика Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 была приготовлена методом твердофазной реакции. Подробно исследованы фазовая структура, микроструктура, СВЧ-диэлектрические свойства и собственные диэлектрические свойства керамики. ……………… 4. Выводы Низкотемпературная диэлектрическая керамика Bi (Ga1/3Mo2/3)O4, обжигаемая в микроволновом диапазоне, с упорядоченной структурой шеелита в B-узлах была синтезирована с использованием метода твердотельной реакции. Хорошо уплотненная керамика может быть получена при температуре от 800 до 860 °C. Керамика Bi (Ga1/3Mo2/3)O4, спеченная при 830 °C в течение 2 часов, обладала многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами с диэлектрической проницаемостью 26,1, высоким значением Qf 49 800 ГГц и значением TCF 86 ppm / 1C. Поляризация керамики Bi (Ga1/3Mo2/3)O4 на микроволновых частотах в основном объяснялась поглощением фононных колебаний в инфракрасной области.

2016

Новая микроволновая диэлектрическая керамика BaMg2V2O8 со сверхмалыми потерями тетрагональной структуры была успешно изготовлена традиционным твердотельным методом. Рентгеновская дифракция и автоэмиссионная сканирующая электронная микроскопия были выполнены для изучения фазового кристалла, морфологии зерен и поведения при уплотнении. Результаты показали, что чистая и плотная керамика BaMg2V2O8 с диэлектрической проницаемостью r = 12, добротностью Q × f = 156 140 ГГц (9,9 ГГц) и температурным коэффициентом резонансной частоты f = −36 ppm/°C может быть получена при относительно низком температура спекания 900 ◦С. Более того, керамика 0,87BaMg2V2O8–0,13TiO2, спеченная при 900 ◦C в течение 4 ч, продемонстрировала близкое к нулю значение f, равное −4 ppm/◦C, значение r, равное 13, и значение Q × f, равное 97 334 ГГц (9,6 ГГц), что свидетельствует о больших прикладные потенциалы. 1. Введение В последние десятилетия произошли революционные изменения в системе мобильной связи, которые постоянно увеличивали спрос на новые высокопроизводительные микроволновые устройства [1]. Соответственно диэлектрические материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (r), высокой добротностью (Q × f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (f) привлекают большое внимание в СВЧ-цепях, подложках и пассивных компонентах [2,3]. В частности, технология низкотемпературной сообожженной керамики (LTCC) широко применялась для изготовления миниатюрных и интегрированных микроволновых устройств, что сделало чрезвычайно важной разработку потенциальных кандидатов с температурами спекания ниже температуры плавления Ag (961 ◦C). К настоящему времени разработано множество низкотемпературных микроволновых керамических материалов с желаемыми свойствами, однако большинство из них было исключено из практического применения в устройствах на основе НТЦК из-за их высоких температур уплотнения и нежелательных значений f [4–8]. В последнее время в этом контексте широко изучались некоторые соединения на основе Li2O, TeO2, Bi2O3 и MoO3 с более низкими температурами спекания [9–13]. Ванадатные соединения с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами также были разработаны в качестве низкотемпературной керамики, и некоторые из них оказались химически совместимыми с Ag-электродом [14–17]. BaMg2V2O8 был назван примесной фазой в результате химических реакций между двумя фазами в композитной керамике Mg3(VO4)2–xBa3(VO4)2 (x = 0–1) [18], в которой наблюдается необычно повышенное Q × f значение при x = 0,2 казалось неясным. Было предложено ожидать превосходных микроволновых диэлектрических свойств чистофазного соединения BaMg2V2O8. Будучи изотипным BaCo2V2O8, BaMg2V2O8 принадлежит к широкой группе так называемых квазиодномерных (Q1D) антиферромагнетиков [19]. Все магнитные ионы Mg2+ эквивалентны массивам октаэдров MgO6 с общими ребрами, образующих винтовые цепочки вдоль оси c, как схематично показано на рис. 1 [20]. Винтовые цепочки разделены немагнитными тетраэдрами VO4 (V5+) и ионами Ba2+. Цель настоящей работы заключалась в изготовлении чистофазной керамики BaMg2V2O8 с использованием обычного твердотельного керамического способа. Фазовый кристалл, поведение при спекании, микроструктура и особенно микроволновые диэлектрические свойства были подробно исследованы впервые. ……………… 4. Выводы В этом исследовании новая низкотемпературная микроволновая диэлектрическая керамика BaMg2V2O8 с тетрагональной структурой была успешно приготовлена стандартным методом твердофазной реакции. Чистофазное соединение с однородной и плотной микроструктурой показало r, равное 12, сверхвысокую Q × f, равную 156 140 ГГц (9,9 ГГц), и af, равную -36 ppm/°C, после спекания при 900°C в течение 4 часов. Рутил TiO2 был введен для адаптации его отрицательного значения f. Образец 0,87BaMg2V2O8–0,13TiO2, спеченный при 900 ◦C в течение 4 часов, продемонстрировал превосходные диэлектрические свойства r = 13, Q × f = 97,334 ГГц (9,6 ГГц) и f = −4 ppm/◦C.

2016

СВЧ-диэлектрические материалы Li3Mg2NbO6 с малыми потерями и орторомбической структурой были получены традиционным твердотельным методом. Микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6 существенно зависят от условий спекания, микроструктуры и состава. Единая фаза Li3Mg2NbO6 может быть получена во всем диапазоне температур спекания. Насыщенные образцы, спеченные при 1225 °C в течение 4 часов, показали отличные микроволновые свойства: значение εr 14,94, значение Q·ƒ 100 965 ГГц и значение τf - 21,96 ppm/°. С. Теория химической связи использовалась для расчета энергии решетки, энергии ионности и коэффициента теплового расширения для характеристики корреляций между свойствами и структурой керамики Li3Mg2NbO6. Микроволновые диэлектрические свойства Li3Mg2NbO6 сильно зависели от ионности химической связи, энергии решетки и коэффициента теплового расширения. 1. Введение Диэлектрические материалы для СВЧ вызывают все больший интерес из-за их потенциального применения в мобильной и спутниковой связи. В частности, они исследовались как различные компоненты для беспроводной связи, включая дуплексеры, резонаторы, антенны и генераторы [1-3]. Для этих высокочастотных приложений беспроводной связи микроволновые диэлектрические материалы должны иметь высокую диэлектрическую проницаемость, высокий коэффициент качества и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты, которые желательны для минимизации компонента микроволновой цепи, максимальной интенсивности сигнала и адаптация к изменениям температуры окружающей среды [4, 5]. В последнее время все больше внимания уделяется орторомбической структуре Li3Mg2NbO6 с пространственной группой Fddd (№ 70) из-за их превосходных микроволновых диэлектрических свойств [6-8]. М. Кастельянос и др. В работе [6] сообщается, что порошки Li3Mg2NbO6 прокаливались при ~1270 К в течение 4 ч по твердофазной реакции. Параметры кристаллической ячейки Li3Mg2NbO6: a=8,552 Å, b=5,897 Å, c=17,721 Å. Юань и др. [7] впервые сообщили о керамике Li3Mg2NbO6, демонстрирующей микроволновые диэлектрические свойства εr = 16,8, Q·ƒ = 79 643 ГГц и τf = -27,2 ppm/°C при спекании при 1250 °C в течение 2 часов. Однако было проведено мало исследований внутренних взаимосвязей между кристаллической структурой, энергией связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Li3Mg2NbO6. В этой статье были получены материалы Li3Mg2NbO6 с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами. Были исследованы зависимости микроволновых диэлектрических свойств керамики Li3Mg2NbO6 от условий спекания, микроструктуры и состава, а корреляции между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Li3Mg2NbO6 были систематически обсуждены на основе теории химической связи. ……………… 4. Выводы Соединения Li3Mg2NbO6 получены по твердофазной реакции со структурой каменной соли. Единая фаза была получена во всем диапазоне температур спекания. Плотные образцы обладали многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами, включая значения εr 14,94, значения Q·ƒ 100 965 ГГц и τf -21,96 ppm/°C. Основываясь на расчетах теории химической связи, диэлектрическая проницаемость εr сильно зависела от ионности связей Nb-O, где имелась последовательность fi (Nb-O) > fi (Li-O) > fi (Mg-O). На значения Q·ƒ Li3Mg2NbO6 влияли характеристики связей как внутренних факторов, где энергия решетки и энергия связи Nb-O вносили преобладающий вклад в значения Q·ƒ по сравнению со связями Li-O и Mg-O. Что касается значений τƒ, то они коррелировали с коэффициентом теплового расширения (α) Nb-O, Li-O и Mg-O в керамике Li3Mg2NbO6 в этих составах.

2016

Новая микроволновая диэлектрическая керамика NiZrNb2O8 с низкими потерями была синтезирована с помощью обычного метода смешанных оксидов. Исследованы морфология, кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства. Он имеет моноклинную кристаллическую структуру вольфрамита с пространственной группой P2/c C4 2h. Энергия решетки была проведена для оценки структурной стабильности и характеристик спекания. Наблюдались два вида форм зерен в плотных образцах с одинаковым соотношением элементов. Изменения диэлектрической проницаемости (εr) анализировали по относительной плотности и поляризуемости с поправкой на пористость. Коэффициент качества (Q G) коррелировал с долей упаковки и ростом зерна. Температурный коэффициент резонанса (tG) зависел от диэлектрической проницаемости. Типичные микроволновые диэлектрические свойства NiZrNb2O8: εr = 23,77, QG = 40280 ГГц, tG = 27,5 м.д./°C, спекание при 1200°C. 1. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика играет важную роль в разработке устройств беспроводной связи, таких как глобальные системы позиционирования (GPS), микроволновые передающие схемы, сотовые телефоны и интеллектуальные транспортные системы (ИТС) [1]. Недавняя революция в телекоммуникациях требует разработки разнообразных микроволновых диэлектрических керамических материалов [2,3]. Диэлектрическая керамика считается основным материалом в современных коммуникационных технологиях, для применения в микроволновом диапазоне необходимо выполнение трех требований: (1) высокая диэлектрическая проницаемость для миниатюризации (l = l0 = fi εr p, l — длина волны электромагнитного излучения). волны в диэлектрическом материале, l0 – длина волны электромагнитной волны в свободном пространстве), (2) низкие диэлектрические потери (или высокая добротность) для повышения отношения сигнал/шум, (3) близкий к нулю температурный коэффициент резонансного частоты для хорошей работы устройств в различных атмосферных условиях. Керамика формы ABNb2O8 вызвала большой интерес из-за ее преобладающих микроволновых диэлектрических свойств. Сообщалось о многочисленных исследованиях ATiNb2O8 с различными катионами, замещенными в A-сайте [4e7]. В последнее время большое внимание уделяется исследованиям по замещению Ti-позиции этих композиций [8-12]. Ляо и др. сообщили, что микроволновые диэлектрические свойства керамики ZnZrNb2O8 зависят от относительной плотности [9]. Затем Ченг и др. сообщили о керамике MgZrNb2O8 с высокими значениями QG [10]. В частности, Рамарао и др. в прошлом году сообщили о классе материалов AZrNb2O8 (A = Mn, Mg, Zn и Co) [11]. Однако было отмечено, что NiZrNb2O8 не учитывался в системе AZrNb2O8. Кроме того, ион Ni был важным членом двухвалентных ионов, которые часто использовались в качестве замены [13–15]. В настоящем исследовании мы сообщали о микроволновых диэлектрических свойствах керамики NiZrNb2O8, которая демонстрировала ту же кристаллическую структуру, что и керамика AZrNb2O8 (A = Mn, Mg, Zn и Co). NiZrNb2O8 обладал многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 23,77, Q G = 40280 ГГц, tG = 27,5 ppm/C) и низкой температурой спекания (Ts = 1200 C) в системе AZrNb2O8. ……. 4. Вывод Новая керамика NiZrNb2O8 с низкими диэлектрическими потерями была получена твердофазной реакцией и, как было обнаружено, обладает однофазной природой с моноклинной структурой вольфрамита, относящейся к пространственной группе P2/c ðC4 2hÞ. Энергия решетки была проведена для оценки структурной стабильности керамики NiZrNb2O8. В структуре поверхности плотных образцов наблюдались две формы зерен с близким химическим составом. Перспективными микроволновыми диэлектрическими свойствами были εr = 23,77, Q G = 40280 ГГц, tG = 27,5 ppm/C, спекание при 1200 C. Затем были рассчитаны относительная плотность и поляризуемость с поправкой на пористость для оценки диэлектрической проницаемости. В значениях Q G преобладали фракция упаковки и рост зерен. Значения tG коррелировали с диэлектрической проницаемостью.

2016

Гранат-ванадатная керамика Sr2NaMg2V3O12 была приготовлена традиционным твердотельным способом и исследована спекаемость, микроволновые диэлектрические свойства и ее химическая совместимость с Ag-электродами. Образец Sr2NaMg2V3O12 хорошо спекался при 900°С в течение 4 ч с относительной плотностью 96,1%. Данные рентгеноструктурного анализа показали, что керамика Sr2NaMg2V3O12 кристаллизовалась в кубическую структуру граната с пространственной группой Ia-3d в интервале температур спекания (830–930°C). Керамика Sr2NaMg2V3O12, спеченная при 900 °С, имеет оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью 11,7, Q3f 37 950 ГГц (на частоте 11,0 ГГц) и практически нулевым значением sf –2,9 м.д./°С. Эксперименты по химической совместимости показали отсутствие реакции между керамикой Sr2NaMg2V3O12 и электродами из серебра. Введение СОЕДИНЕНИЯ с номинальным составом A3B2C3O12 известны как гранаты.1–5 В структуре граната три различных положения (A, B и C) доступны для широкого круга катионов.4 Как показано на рис. 1, ионы C окружен четырьмя атомами кислорода, образуя тетраэдр CO4; Ионы B расположены в октаэдре. Тетраэдры и октаэдры имеют общие углы, образуя додекаэдры, в которых расположены ионы A. Соединения граната обычно кристаллизуются в кубической системе с пространственной группой Ia-3d. Несмотря на A3B2C3O12, соединения типа граната широко исследовались как перспективные материалы в области люминофоров, лазеров и ферритовых материалов,6–8 имеется мало сообщений о микроволновых диэлектрических свойствах этих соединений. Ким и др.9 впервые сообщили о микроволновых диэлектрических свойствах некоторых гранатов Re3Ga5O12 [(Re=Nd, Sm, Eu, Dy, Yb и Y) с высокими коэффициентами добротности (40 000–192 173 ГГц), низкими относительными диэлектрическими проницаемостями (11,5 –12,5), и относительно стабильные температурные коэффициенты резонансной частоты (от 33,7 до 12,4 ppm/°C). Однако температуры их спекания слишком высоки (1350–1500°С). В нашей предыдущей работе сообщалось, что некоторые ванадаты граната сочетают в себе низкие температуры спекания и хорошие микроволновые диэлектрические свойства, что делает их потенциальными кандидатами в технологии низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC).10–12 Например, керамика LiCa3MgV3O12, спеченная при 900°C имеет относительную диэлектрическую проницаемость (er) ~ 10,5, добротность (Q9f) ~ 74 700 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты (sf) ~ 61 ppm/°C]10, а керамика NaCa2Mg2V3O12 имеет er = 10 , Q9f = 50–600 ГГц и sf = 47 ppm/°C при спекании при 915°C. Система Co)13,14 была охарактеризована. Исследования показали, что эти ванадаты гранатов обладают сочетанием низких температур спекания, относительно высоких значений Q9f и низких объемных плотностей, но их большое отрицательное значение sf не позволяет использовать их в практических приложениях, поиск термостабильных гранатов продолжается до сих пор. Sr2NaMg2V3O12 принадлежит к семейству гранатов. Ху и др.15 впервые подробно описали синтез Sr2NaMg2V3O12 методом твердофазной реакции. В последнее время Sr2NaMg2V3O12 широко исследуется для применения в производстве автоэмиссионных дисплеев с ртутными лампами высокого давления и цветных телевизорах15–18 благодаря его люминесцентным свойствам. Однако, насколько нам известно, микроволновые диэлектрические свойства керамики Sr2NaMg2V3O12 не исследовались. В настоящей работе исследованы спекание и микроволновые диэлектрические свойства керамики Sr2NaMg2V3O12. Кроме того, исследована химическая совместимость керамики Sr2NaMg2V3O12 с Ag-электродом. …………… IV. Выводы Новая низкотемпературная стабильная микроволновая диэлектрическая керамика Sr2NaMg2V3O12 со структурой граната была получена традиционным методом твердофазной реакции. Были исследованы фазовая чистота, доля упаковки и микроволновые диэлектрические свойства. Отличные микроволновые диэлектрические свойства были получены в керамике Sr2NaMg2V3O12, спеченной при 900°C в течение 4 часов, с диэлектрической проницаемостью 11,74, значением Q9f 37 950 ГГц (на 11,0 ГГц) и почти нулевым значением sf 2,9 ppm/°C. Кроме того, керамика Sr2NaMg2V3O12 показала хорошую химическую совместимость с Ag-электродом, что делает ее перспективным кандидатом для технологии LTCC.

2016

Методом твердофазной реакции синтезирована новая микроволновая диэлектрическая керамика BaMgP2O7 с низкой диэлектрической проницаемостью и высокой добротностью. Плотная керамика с относительной плотностью 96,8 % была получена при спекании керамики при температуре 850 °С в течение 2 часов. Керамика BaMgP2O7, спеченная при 850 °С в течение 2 ч, обладала хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами: εr = 6,8, Q f = 40,089 ГГц (на 11,7 ГГц) и τf = 40,6 м.д./°C. 1. Введение Быстрое развитие индустрии беспроводной связи создало высокий спрос на разработку микроволновых компонентов. Усовершенствованные материалы подложки для микроволновых интегральных схем требуют низкой диэлектрической проницаемости (εro10) для максимизации скорости распространения сигнала, высокой добротности (Q f) для повышения частотной избирательности и близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты (τf) для обеспечить стабильность частоты при изменении температуры [1–4]. В настоящее время многие керамики с низким εr, такие как Al2O3, AO–SiO2 (A=Ca, Mg, Zn), MTiO3 (M=Mg, Ca), обладают хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне, но высокими температурами спекания, что требует больших затрат энергии. Поэтому необходимо исследование СВЧ-диэлектрической керамики с низкой температурой спекания [5–7]. Пирофосфаты являются стабильными кристаллическими соединениями и, как сообщается, обладают хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, а также относительно низкой температурой спекания [8-11]. Например, керамика SrZnP2O7, спеченная при 940 °С, имеет свойства εr = 7,02, Q f = 23 000 ГГц и τf = 84,7 м.д./°С [12]. Керамика CaZnP2O7, спеченная при 900 °С, обладает хорошими диэлектрическими свойствами εr=7,56, Qf=63,130, τf=82 м.д./°С [13]. В 1995 году сообщалось о кристаллической структуре BaMgP2O7. Затем Kim [14], Wang [15] и Idrissi [16] et al. сообщили о люминесценции BaMgP2O7:Eu2+, Mn2+ и BaMgP2O7:Eu3+ и инфракрасных спектрах BaMgP2O7. На сегодняшний день нет сообщений о микроволновых диэлектрических свойствах BaMgP2O7. В настоящей работе керамика BaMgP2O7 была приготовлена методом твердофазной реакции. Детально изучены поведение при спекании, микроструктура, микроволновые диэлектрические свойства. 4. Выводы Керамика BaMgP2O7 была синтезирована методом твердофазной реакции. Керамика хорошо спекалась при низкой температуре 850 °С. Керамика BaMgP2O7, спеченная при 850 °C в течение 2 часов, показала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr=6,8, Qf=40,089 ГГц (11,7 ГГц) и τf=40,6 ppm/°C. Этот материал имел низкую диэлектрическую проницаемость, высокую добротность и средние отрицательные значения τf, что могло быть привлекательным кандидатом в качестве подложки для СВЧ.

2016

Новая микроволновая диэлектрическая керамика BaZnP2O7 с низкой диэлектрической проницаемостью и высокой добротностью была синтезирована методом твердофазной реакции. Плотная керамика с относительной плотностью 96,9% была получена при спекании керамики при температуре 875 °C в течение 2 часов. Керамика BaZnP2O7, спеченная при 875°C в течение 2 ч, обладала хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне, характеризуемыми как εr=8,4, Qf=27,925 ГГц (на 11,1 ГГц) и τf=56,7 ppm/°C. 1. Введение Быстрое развитие индустрии беспроводной связи создало высокий спрос на разработку новых и улучшенных компонентов, работающих в микроволновом диапазоне. Усовершенствованные материалы подложек для интегральных схем микроволнового спектра требуют низкой диэлектрической проницаемости (εro10) для максимизации скорости распространения сигнала, высокой добротности (Q f) для повышения частотной избирательности и близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты (τf ) для обеспечения стабильности АЧХ при изменении температуры [1,2]. В настоящее время многие керамики с низким εr, такие как Al2O3, AO-SiO2 (A = Ca, Mg, Zn) и MTiO3 (M = Mg, Ca), обладают хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне, но они также имеют высокую температуру спекания, которая потребляет много энергии. Поэтому исследование СВЧ-диэлектрической керамики с низкой температурой спекания является полезным [3–5]. Пирофосфаты являются стабильными кристаллическими соединениями и, как сообщается, обладают полезными диэлектрическими свойствами для микроволнового излучения, а также относительно низкими температурами спекания [6–8]. Например, в одном эксперименте сообщалось, что керамика SrZnP2O7, спеченная при 940 °C, имеет значения εr = 7,02, Q f = 23 000 ГГц и τf = 84,7 ppm/°C [9]. В другом исследовании было обнаружено, что керамика CaZnP2O7, спеченная при 900 °C, демонстрирует хорошие диэлектрические свойства: εr=7,56, Qf=63,130, τf=82 м.д./°C [10]. В работе, проделанной Sebastian et al. [11,12], керамика LiMgPO4, спеченная при 950 °C, показала εr 6,6, Q f 79 100 ГГц и τf 55 ppm/°C. BaZnP2O7 в основном изучался в литературе как люминесцентный материал [13,14]. На сегодняшний день нет сообщений о микроволновых диэлектрических свойствах BaZnP2O7. В настоящей работе керамика BaZnP2O7 была получена методом твердофазной реакции. Детально изучены поведение материала при спекании, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. ………… 4. Выводы Керамика BaZnP2O7 была синтезирована методом твердофазной реакции. Керамика может быть удовлетворительно спечена при низкой температуре 850 °С. Керамика BaZnP2O7, спеченная при 875 °C в течение 2 ч, показала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, характеризуемые как εr = 8,4, Q f = 27 925 ГГц (11,1 ГГц) и τf = 56,7 ppm/°C. Этот материал имеет низкую диэлектрическую проницаемость, высокую добротность и средние отрицательные значения τf, что позволяет предположить, что он является привлекательным кандидатом для использования в качестве СВЧ-подложки.

2016

Новая самокомпозитная микроволновая диэлектрическая керамика LaTiNbO6 была изготовлена методом твердотельной реакции вместе с процессом отжига. Было обнаружено, что моноклинный LaTiNbO6 после обычного спекания постепенно превращается в орторомбический аналог с увеличением времени отжига. Микроволновые диэлектрические свойства керамики можно легко настроить, изменив относительное содержание двух сосуществующих фаз с дополнительными характеристиками. Термостойкая диэлектрическая керамика (er = 30.2, Q f = GHz) была получена после отжига при 1100 C в течение 1 часа. Концепция самокомпозита может обеспечить инновационный и простой способ разработки диэлектрической керамики с перестраиваемыми свойствами для микроволнового излучения. 1. Введение Высокая диэлектрическая проницаемость (er), высокая добротность (Q f) (низкие потери) и особенно близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (tf) являются основными параметрами материалов для диэлектрической керамики, применяемой для микроволновых диэлектрических резонаторов в современных системах связи. К сожалению, высокие значения Q f и близкое к нулю tf обычно трудно обеспечить одновременно в одном нелегированном диэлектрическом соединении. Формирование твердого раствора или двухфазного композита из двух соединений с противоположным знаком tf ранее было эффективным подходом для достижения цели температурной компенсации [1–5]. Однако нежелательные вторичные фазы и неоднородная микроструктура могут привести к ухудшению электрических характеристик из-за химической реакции различных составов или фаз [1–3]. Керамика ReTiNbO6 (Re: редкоземельные ионы) привлекла большое внимание благодаря своим превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам. В частности, они проявляют интересные структурные особенности, вероятно, в результате специфики редкоземельных элементов [6–8]. Эти соединения с Re = La-Eu принимают орторомбическую структуру типа эшинита (Pnma), а соединения с Re = Gd-Lu имеют орторомбическую структуру типа эвксенита (Pcan). Первый обычно показывает положительный tf и более высокий er, тогда как последний представляет отрицательный tf и относительно более низкий er. Однако температурную стабильность резонансной частоты можно легко регулировать путем образования твердых растворов [Re1 x Re0 x] TiNbO6 (Re = Pr, Nd, Sm; Re0 = Gd, Dy, Y), в которых концевые соединения имеют противоположный знак значения tf [7,8]. Среди этих соединений ReTiNbO6 особое место принадлежит LaTiNbO6, который обычно проявляет моноклинную (М) структуру при комнатной температуре с хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами: fer = 22,3, Q f = 49 867 ГГц, tf = –55 ppm/C на частоте измерения диапазоне 3–10 ГГц [9]. Кроме того, в LaTiNbO6 сообщалось о полиморфном фазовом переходе от орторомбической (O) к M при температуре выше 1100°C, что намного ниже температуры его уплотнения (1300°C) [10,11]. Высокотемпературная М-фаза может стабильно сохраняться после обычного спекания. Насколько нам известно, о чистой керамике LaTiNbO6 O-фазы и ее микроволновых диэлектрических свойствах до сих пор не сообщалось. В текущей работе новый метод, позволяющий избежать таких проблем, был назван «самокомпозитом» путем достижения сосуществования двух фаз с различными структурами (по существу, дополняющих друг друга характеристик) в хорошо спеченной керамической матрице LaTiNbO6 посредством термообработки. Фаза O была термически индуцирована из исходной фазы M посредством заданного процесса отжига. Стабильное сосуществование фаз O и M в плотной керамике становится структурной основой для СВЧ-диэлектрической керамики с перестраиваемыми свойствами. Взаимосвязь между структурой и свойствами и механизм измельчения зерна в результате фазового перехода были исследованы и проанализированы глубоко. ………………… 4. Выводы. В традиционно спеченной керамике LaTiNbO6 с М-фазой было термически индуцировано структурное превращение фазы М в О. За счет увеличения времени отжига при 1100 °C была успешно получена чистая керамика LaTiNbO6 с O-фазой с микроволновыми свойствами er = 48,7, Q f = 10 018 ГГц (при 5,21 ГГц) и tf = 69,7 ppm/C. Относительное содержание двух сосуществующих фаз (М и О) удобно регулировать, контролируя время отжига. Наиболее интересно то, что таким образом была получена новая термостабильная (близкая к нулю tf) самокомпозитная керамика LaTiNbO6, обладающая регулируемыми микроволновыми диэлектрическими свойствами. Концепция самокомпозита может обеспечить новый и простой способ разработки высокоэффективной термостабильной микроволновой диэлектрической керамики.

2016

СВЧ-диэлектрическая керамика Co(Ti1-xZrx)Nb2O8 была синтезирована традиционным твердофазным реакционным путем. Обсуждена зависимость микроволновых диэлектрических свойств от кристаллической структуры. Фазовые переходы анализировали с помощью порошковой рентгеновской дифракции, рамановской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Ряд фазовых переходов, вызванных составом, был подтвержден последовательностью: тетрагональная структура рутила→сосуществование фазы рутила и вольфрамита→моноклинная структура вольфрамита. Для соединений Co(Ti1-xZrx)Nb2O8 замена Zr с 0 на 1 привела к снижению εr с 62,4 до 23,8. В отличие от εr значительно увеличилось Q × f, что объяснялось долей упаковки. f коррелирует с октаэдрическим искажением кислорода и валентностью связи B-сайта. В керамике CoTi0,4Zr0,6Nb2O8 с εr 29,9 и высокой Q × f 72 833 ГГц было получено близкое к нулю значение f, равное 4,4 ppm/°C. 1. Введение Быстрый прогресс в мобильных и спутниковых системах связи в последние десятилетия стимулировал разработку СВЧ-диэлектрической керамики, которая широко используется в качестве СВЧ-компонентов, таких как фильтры, резонаторы, волноводы и т. д. [1,2]. При применении такие материалы в основном должны обладать рядом диэлектрических свойств, включая соответствующую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q × f) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (f) [3]. Достижение всех вышеперечисленных характеристик в одном материале – непростая задача. Поиск новых материалов с заданными свойствами продолжается. В последнее время керамика M2+M4+Nb2O8 (M2+ = Mg, Ca, Mn, Co, Ni, Zn и M4+ = Ti, Zr) является очень привлекательным объектом для исследования материалов и инженерных приложений. Впервые они были исследованы Баумгарте и Блачником [4]. В зависимости от различий радиусов катионов М2+ и М4+ были описаны три структурных типа: рутил, вольфрамит и иксиолит. Позже были проведены многочисленные исследования композиций M2+M4+Nb2O8 из-за их гибкости для замещения различных катионов для получения благоприятных диэлектрических свойств. Значения εr находились в диапазоне 9,6–71,2 при относительно низкой диэлектрической проницаемости потери [5–8]. Например, микроволновые диэлектрические свойства рутиловой структуры NiTiNb2O8 были получены Liao et al. и, как сообщается, имеет εr 56,8, Q × f 21 100 ГГц и f 79,1 ppm/°C [6]. Керамика CoTiNb2O8 также была рутилового типа в семействе M2+M4+Nb2O8 и принадлежала к тетрагональной кристаллической системе с пространственной группой P42/mnm. Ценг [7] продемонстрировал, что этот материал имеет среднее значение εr, равное 64, и высокое значение Q × f, равное 65 300 ГГц, после спекания при 1120 ◦C. Однако значение f (∼223,2 ppm/°C) было плохим для практических приложений. Термостабильную керамику можно было получить, соединив два совместимых соединения с противоположными f или образовав твердый раствор. Например, перестройка f была проведена в твердом растворе перовскита Sr(Ga0,5Nb0,5)1-xTixO3 [9]. Тем не менее, до 2013 года сообщалось о нескольких исследованиях по улучшению характеристик керамики CoTiNb2O8. Huan et al. В [10] указанный нуль f был достигнут частичной заменой кобальта цинком с эквивалентным зарядом, но, к сожалению, Q × f ухудшилось наполовину. Радиус Zr4+ (0,72 Å, КЧ = 6) был подобен Ti4+ (0,605 Å, КЧ = 6) [11], замена Ti на Zr могла эффективно регулировать f без отрицательного влияния на значения Q × f, например, в Системы Zn0,5Ti1-xZrxNbO4 и CaLa4(ZrxTi1-x)4O15 [12,13]. Таким образом, микроволновые диэлектрические свойства системы CoTiNb2O8, вероятно, могут быть улучшены за счет введения Zr, поскольку большинство материалов на основе диоксида циркония имеют отрицательные значения f [5]. В данной работе керамика Co(Ti1-xZrx)Nb2O8 (x = 0–1) была синтезирована методом высокотемпературной твердофазной реакции. Также была исследована корреляция между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами. ………………………… 4. Выводы В работе изучена кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Co(Ti1-xZrx)Nb2O8 (x = 0-1). Композиционно-индуцированный фазовый переход анализировали с использованием комбинации рентгеновской дифракции, FT-Raman и TEM. Система оставалась тетрагональной фазой рутила при x ≤ 0,2, а при x ≥ 0,6 наблюдалась моноклинная структура типа вольфрамита, тогда как при x = 0,4 фаза CoZrNb2O8 сосуществовала с фазой рутила. При замещении Zr в Ti-позиции εr уменьшилось из-за уменьшения дребезжащего эффекта ионов B-позиции. Изменение Q × f в значительной степени зависело от степени упаковки, а также от относительной плотности. Из-за увеличения валентности связи B-позиции и искажения кислородного октаэдра f сместилась в отрицательное направление. Как правило, керамика CoTi0,4Zr0,6Nb2O8 имеет хорошо спеченную микроструктуру с εr = 29,9, Q × f = 72 833 ГГц и f = 4,4 ppm/°C при Ts = 1300°C.

2016

В настоящей работе исследовано влияние замещения ионов Nd3+ ионами Sm3+ на микроволновые диэлектрические свойства керамики NdNbO4. Рентгенограммы показали единую систему с моноклинной фергусонитовой структурой NdNbO4 в диапазоне x = 0,02e0,15. Кроме того, уточнение Ритвельда было использовано для исследования кристаллической структуры керамики NdNbO4. Ионность связи, энергия решетки и энергия связи были рассчитаны для оценки корреляции между теорией сложной химической связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами. Небольшой уровень замещения Sm3+ (x = 0,08) может улучшить значение Q f керамики NdNbO4. Увеличение значения Q f может быть связано с увеличением энергии решетки. Значения диэлектрической проницаемости εr и tf зависели от ионности и энергии связи. Отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 19,56, Q f = 66 200 ГГц и tf = 28,37 ppm/C были получены при x = 0,08 в системе (Nd1xSmx)NbO4. 1. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика играет важную роль в разработке систем глобусного позиционирования, интеллектуальных транспортных систем и спутникового вещания [1,2]. Требования к СВЧ-диэлектрической керамике должны иметь высокую относительную диэлектрическую проницаемость (εr > 10) для миниатюризации, высокую добротность (Q f > 10000 ГГц) для лучшей селективности и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (tG = 0 ppm/C) для устойчивость системы [3,4]. Чтобы соответствовать спецификациям текущих и будущих разработок, исследователи числа сосредоточены на изучении новых превосходных диэлектрических материалов для микроволнового излучения. В последние годы керамика NdNbO4, о которой впервые сообщили Ким и др., вызвала большой интерес благодаря своим электрическим и структурным характеристикам [5,6]. Исследования материалов NdNbO4 ведутся уже давно. Например, Чжан и др. [7]. сообщили, что микроволновые диэлектрические свойства NdNbO4, легированного 2,0% масс. .% CaTiO3 получили высокое значение QG для керамики NdNbO4, спеченной при 1275 C в течение 4 ч [8]. Затем они обнаружили, что микроволновые свойства керамики NdNbO4 могут быть оптимизированы с использованием двухвалентных ионов, замещенных ионами Nd3+ за счет образования твердых растворов, а фазовый состав изменяется при замещении ионов Nd3+ этими двухвалентными ионами (Sr2+, Ca2+, Mn2+, Co2+) [ 9,10]. Эффекты замещения керамики NdNbO4 ионами Ta5+ и Sb5+ также исследованы, небольшой уровень замещения Sb5+ (x = 0,06) может значительно улучшить значения Q f керамики NdNbO4 [11,12]. Кроме того, фазовый переход также исследован и доказано, что он играет важную роль в керамике NdNbO4. Тем не менее, имеется несколько работ о влиянии замещения трехвалентных ионов на микроволновые диэлектрические свойства керамики NdNbO4. Кроме того, связь между ионностью связи, энергией решетки, энергией связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами (Nd1xSmx)NbO4 также не обсуждается. Поэтому в данной работе систематически обсуждались корреляции между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами (Nd1xSmx)NbO4. Ионность связи, энергия решетки и энергия связи рассчитывались на основе теории сложной химической связи. Кроме того, доступный метод, основанный на уточнении Ритвельдом рентгеновских методов, был также использован для анализа структур кристаллических фаз. …………………………… 4. Выводы В этом исследовании были тщательно исследованы корреляции между ионностью связи, энергией решетки, энергией связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики (Nd1xSmx)NbO4 (x = 0,02e0,15). Уточнение Ритвельда показывает, что керамика NdNbO4 имеет моноклинную структуру фергусонита с пространственной группой I2/a (№ 15). С уменьшением ионности связи значения εr уменьшались, что связано с низкими диэлектрическими поляризуемостями. Более высокие значения Q f коррелируют с более высокой энергией решетки. Значения tG образцов действительно зависят от энергии связи. По мере уменьшения энергии связи значения tf смещаются в отрицательную сторону, что указывает на то, что система имеет тенденцию к нестабильности. Кроме того, при 1250 °C керамика (Nd1xSmx)NbO4 с x = 0,08 обладает превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами со значением εr 19,56, значением Q G 66 200 ГГц и значением tG 28,37 ppm/C.

2016

Методом твердофазной реакции синтезирован новый низкотемпературный спекаемый микроволновый диэлектрик на основе керамики форстерита (Mg2SiO4). Было исследовано влияние добавок LiF на спекаемость, фазовый состав, микроструктуру и диэлектрические свойства Mg2SiO4 в микроволновом диапазоне. Это продемонстрировало, что LiF может значительно расширить окно обработки (~ 300 ° C) для Mg2SiO4, и, что более важно, температуру спекания можно снизить ниже 900 ° C, одновременно сохраняя отличные микроволновые диэлектрические свойства. Образцы, легированные 2 мас.% LiF, хорошо спекались при 800°C и обладали a er ~ 6,81, высоким Q3f ~ 167 000 ГГц и sf ~ –47,9 м.д./°C, обладая очень хорошим потенциалом для LTCC. интеграционные приложения. I. Введение НЕДАВНО низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) привлекла большое внимание в качестве базовых материалов для электронных компонентов и подложек в глобальных передовых технологиях интеграции, электронных корпусов и межсоединений.1–3 Для конкретного материала LTCC диэлектрики требуется низкая диэлектрическая проницаемость (er < 10), высокая добротность (Q9f) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (sf). Кроме того, низкая температура спекания (Ts, ниже 900°C) является ключевой проблемой, поскольку керамику необходимо обжигать совместно с электродными материалами с высокой проводимостью, такими как серебро (температура плавления, Tm, 961°C).2,3 С постоянно растущим спросом на таких микроволновых компонентов, появилось много стратегий для снижения Ts диэлектриков.3–7 Среди них широко используется идея добавления материалов с низкой температурой плавления, таких как B2O3 и стекло, поскольку это самый дешевый и простой способ реализации. Mg2SiO4 представляет собой типичную низкодобротную (6,8) и высокодобротную (270 000 ГГц) микроволновую керамику, обещающую стать идеальным кандидатом для применения в LTCC с точки зрения многих достоинств, таких как ее дешевизна, простота обработки, химическая стабильность, высокая изолирует даже при более высоких температурах и т.д.5,6,8 Однако его высокая Ts (1500°С) ограничивает практическое использование в СВЧ интегральных схемах. Некоторые стекла, такие как Li2O-B2O3-SiO2 и Li2OMgO-ZnO-B2O3-SiO2 (15 мас. %), могут понизить Ts примерно до 900°C ~ 950°C.5,6 Однако значения Q9f сильно ухудшились при таком высоком количество очков. Более того, при изготовлении LTCC могут возникнуть некоторые непредвиденные проблемы, поскольку исходные материалы и стекла подвергаются различному тепловому расширению, термическому сопротивлению, механической прочности и т. д. Таким образом, более эффективные добавки для спекания необходимы для получения форстеритовой керамики с низким обжигом и хорошей диэлектрической проницаемостью для микроволнового излучения. представления. В работах было показано, что фториды, такие как LiF и MgF2, являются эффективными вспомогательными средствами для спекания керамики CaMg0,9Zn0,1Si2O6.9,10 спекание при 900°C с высокими значениями Q9f (~ 70 000 ГГц).9 Здесь LiF был выбран в качестве добавки для спекания Mg2SiO4, и было исследовано его влияние на характеристики спекания, фазовый состав, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства Mg2SiO4. …………… IV. Выводы. Новые низкотемпературные микроволновые диэлектрики на основе Mg2SiO4 были синтезированы методом твердофазной реакции. LiF может заметно улучшить процесс спекания Mg2SiO4, в результате чего диапазон температур спекания составляет ~300°C. Что еще более важно, он может снизить температуру уплотнения до ~800°C и сохранить превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне a er ~ 6,81, высокое значение Q9f ~ 167 000 ГГц и a sf ~ 47,9 ppm/°C для образцов, легированных 2 мас.% LiF. . Обладая преимуществами низкой температуры спекания и хорошими диэлектрическими свойствами, эта форстеритовая керамика, легированная LiF, имеет очень хороший потенциал для практических приложений интеграции LTCC.

2016

Новая низкотемпературная спекаемая микроволновая диэлектрическая керамика состава Li4Ti5O12 была приготовлена твердофазным реакционным методом. Керамика хорошо уплотнялась при 925 °C и обладала превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами с умеренной относительной диэлектрической проницаемостью 30,1, значением Q f 29 530 ГГц (на 7 ГГц) и отрицательным температурным коэффициентом резонансной частоты 15,0 ppm/°C. При увеличении температуры спекания с 875 °С до 1050 °С значения τf керамики изменялись с 16,7 м.д./°С до ±5,9 м.д./°С. Для изучения фазового состава и микроструктуры керамики использовались рентгенограммы (XRD) и сканирующая электронная микроскопия (SEM). В частности, керамика показала хорошую химическую совместимость с порошками серебра, что указывает на то, что керамика Li4Ti5O12 является многообещающим кандидатом для низкотемпературных керамических устройств совместного обжига. 1. Введение Низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) стала важной технологией изготовления из-за преимуществ для многослойных интегральных схем (MLICS) [1–3]. Для применений LTCC система материалов должна иметь хорошие диэлектрические свойства с соответствующей относительной диэлектрической проницаемостью (εr), низкими диэлектрическими потерями (tan δ = 1/Q) и малым температурным коэффициентом резонансной частоты (τf). Другим требованием является низкая температура спекания (Ts), поскольку диэлектрики LTCC должны были подвергаться совместному обжигу с проводниками с низкой температурой плавления, такими как серебро (961 °C), медь (1064 °C) и их сплавы. Однако для большинства коммерческих материалов требуются более высокие температуры спекания (Z1300 °C) [4–5]. В последнее время большое внимание уделяется поиску новых серий НТЦ материалов, таких как соединения на основе Bi, Li и Te [6–8]. Соединения шпинели с общей формулой AB2O4, такие как MgAl2O4 [9], ZnAl2O4 [10], обладают превосходными диэлектрическими характеристиками в микроволновом диапазоне, но высокие температуры спекания ограничивают их дальнейшее применение в устройствах LTCC. В предыдущих работах исследовались многие соединения со структурой шпинели, такие как Li2MgTi3O8 [11], Li2CoTi3O8 [12], ZnLi2/3Ti4/3O4 [13], CoLi2/3Ti4/3O4 [14]. Эти материалы хорошо спекались при низких температурах (r1075 °C) и проявляли хорошие микроволновые диэлектрические свойства с относительными диэлектрическими проницаемостями (εr) 20–29, значениями Q f 35 000–106 700 ГГц и температурными коэффициентами резонансной частоты (τf ) от 48,0 до +7,4 частей на миллион/°C. Кроме того, добавление небольшого количества BaCu(B2O5) (BCB) могло снизить температуру спекания этой керамики до 900 °C и не вызывало значительного ухудшения свойств. Они легко совместимы с Ag-электродом и могут применяться в устройствах LTCC. Таким образом, делается вывод, что соединения шпинели на основе лития не только имеют низкие температуры спекания, но также обладают идеальными свойствами для применения LTCC. Титанат лития-шпинели (Li4Ti5O12) хорошо известен как анодный материал для литий-ионных аккумуляторов из-за его хороших характеристик [15]. Однако до сих пор не сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах этой композиции. В настоящей работе исследованы фазовая эволюция, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li4Ti5O12. Кроме того, была исследована химическая совместимость керамики с серебряным электродом для оценки ее применения в устройствах LTCC. ………… 4. Выводы Микроволновая диэлектрическая керамика Li4Ti5O12 была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции и хорошо уплотнена при 900–1050 °C. Наилучшие микроволновые диэлектрические характеристики с умеренной диэлектрической проницаемостью 31,5, высоким значением Q f 29 530 ГГц (на 7 ГГц) и отрицательным значением τf 15,0 ppm/°C были получены в керамике, спеченной при 925 °C в течение 4 часов. Керамика Li4Ti5O12 может обжигаться совместно с серебряным электродом. Низкая температура спекания, хорошие микроволновые диэлектрические свойства и химическая совместимость с Ag-электродом указывают на то, что керамика Li4Ti5O12 может быть перспективным диэлектрическим материалом для применения в LTCC.

2016

В настоящей работе с использованием традиционного метода твердофазной реакции была приготовлена серия диэлектрических керамических материалов (1-x)BiVO4-xTiO2 (x=0,4, 0,50, 0,55 и 0,60) для микроволнового обжига при низкой температуре. По изображениям в обратно рассеянных электронах (BEI), рентгеновской дифракции (XRD) и энергодисперсионному анализу (EDS) реакция между BiVO4 и TiO2 при оптимальной температуре спекания ~ 900 oC была незначительной. При увеличении x с 0,4 до 0,60 диэлектрическая проницаемость (εr) увеличилась с 81,8 до 87,7, значение добротности (Qf) уменьшилось с 12 290 до 8 240 ГГц, а температурный коэффициент (TCF) сместился с -121 до +46 ppm/oC. Получена температуростойкая микроволновая диэлектрическая керамика в составе 0,45BiVO4-0,55TiO2, спеченная при 900 oC, с εr ~ 86, Qf ~ 9500 ГГц и ВКФ ~ -8 ppm/oC. Подгонка отражательной способности в дальней инфракрасной области показала, что растяжение связей Bi-O и Ti-O в этой системе преобладает над диэлектрической поляризацией. Эта серия керамики перспективна не только для технологии низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC), но и в качестве подложки для физически и электрически малых микрополосковых патч-антенн с диэлектрической нагрузкой. Введение СВЧ-диэлектрическая (СВЧ) керамика широко используется в качестве диэлектрических резонаторов (ДР), фильтров, подложек для радиочастотных (ВЧ) компонентов и волноводов.1,2 Движущая сила развития СВЧ-керамики зависит от приложений. Для технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) движущими силами являются совместимость с недорогими электродами (Ag, Cu и т. д.) и пониженные температуры спекания. Для резонаторов и фильтров требуются сверхвысокие добротности (Qf > 40 000 ГГц) для обеспечения избирательности в узком диапазоне частот, а для диэлектрически нагруженных антенн в портативных устройствах критически важно уменьшение габаритов и стоимости компонента.3,4 Технология LTCC сыграла важную роль в производстве современных микроволновых устройств и требует материалов со значениями диэлектрической проницаемости (εr) в диапазоне 10–100, значениями Qf > 5000 ГГц, близкими к нулю температурными коэффициентами резонансной частоты (TCF < ±15 ppm/oC). . Было разработано много материалов с низким εr для технологии LTCC, и некоторые из них коммерчески доступны через такие компании, как Ferro и Dupont.5,6 Однако материалы с εr выше 70 встречаются редко. Классический метод разработки материалов LTCC заключается в добавлении оксидов или стекол с низкой температурой плавления к керамике с высоким Qf микроволновым диэлектриком для снижения температуры их спекания. BRET, RE = La, Nd и Sm) со свойствами 70 < εr < 85, 8 000 < Qf < 12 000 ГГц и перестраиваемыми значениями ВКФ, близкими к нулю, но эти композиции можно спекать только при температуре выше 1300 oC.9-12 Более того, их температура спекания не может быть снижена ниже 1100 oC с помощью спекающих добавок без снижения εr до значения менее 70, что сопровождается значительным ухудшением значений Qf.12 Композиты Bi2Ti4O11-TiO213,14 относятся к бинарной системе Bi2O3-TiO2, в которой однофазные соединения: Bi2Ti4O11; Bi2Ti2O7; Bi4Ti3O12; Bi8Ti4O14 и Bi12TiO20, как показано на рис. 1 (a).15,16 Сообщается, что однофазная керамика Bi2Ti4O11 обладает εr = 53,2, Qf ~ 4500 ГГц (на 5 ГГц) и TCF = -550 ppm/oC. Установлено, что термостойкая микроволновая диэлектрическая керамика состава 0,919TiO2-0,081Bi2O3, состоящая из TiO2 и Bi2Ti4O11, обладает высоким значением εr ~ 80, высокой добротностью (1800 на 5 ГГц) и ВКФ ~ +21 ppm/°C. .14 В нашей предыдущей работе17 CuO использовался в качестве добавки для спекания в 0,92TiO2-0,08Bi2Ti4O11, что снизило температуру спекания до 900 oC при сохранении εr = 81, значения Qf ~3500 ГГц и TCF ~ -5,1 ppm/oC. . Считалось, что образование полупроводника Cu9Bi2Ti12O36 ответственно за снижение значения Qf. Валант и др.18 также обнаружили, что добавки нано-TiO2 могут еще больше улучшить Qf. Сообщалось, что помимо Bi2Ti4O11, керамика Bi12TiO20 со структурой силленита обладает εr ~ 41, Qf в диапазоне 3300 ~ 10400 ГГц и TCF между –2 ~ –10,8 ppm/°C, согласно отчетам Valant and Jeong et al.19-21. Согласно отчету Touboul и Vachon, в богатой Bi части двойной системы Bi2O3-V2O5 существует по крайней мере семь известных фаз: Bi7VO13, Bi5VO10, Bi14V4O31, Bi7V3O18, Bi6V4O19, BiVO4 и Bi2V8O23.22 Lv et al. изучали эту систему методом твердофазной реакции23 и на основании их рентгенофазового анализа получили пять бинарных соединений: Bi8.1V0.9O14, Bi7VO13, Bi8V2O17, Bi4V2O11 и BiVO4, а также два твердых раствора: xBi2O3:V2O5 (5≤x≤6) и (Bi2O3)1-x(V2O5)x (0≤x≤0,069). В V-богатой части сообщалось только о метастабильном Bi2V8O23, как показано на рис. 1 (а). Сообщалось, что среди всех фаз в бинарной системе Bi2O3-V2O5 только BiVO4 обладает хорошими микроволновыми свойствами с εr ~ 68, значением Qf между 6500 ~ 8000 ГГц и TCF между –243 ~ –260 ppm/°C. 24,25 Хотя сообщалось, что керамика на основе BiVO4 реагирует с Ag, в нашей предыдущей работе26 было обнаружено, что керамика на основе BiVO4 химически совместима с алюминиевыми и медными электродами, что может расширить область ее применения.

2017

Микроволновая диэлектрическая керамика является опорным материалом в микроволновых устройствах, например, в резонаторах. Однако, поскольку большинство керамик имеют ненулевые температурные коэффициенты, две или более керамики с температурным коэффициентом противоположных знаков всегда смешивают как многофазную систему для получения керамики с нулевым температурным коэффициентом. В то время как диэлектрическая проницаемость может быть рассчитана по формуле Максвелла-Вагнера, добротность (Q) обычно трудно точно рассчитать обычным методом. В данной работе на основе классической теории дисперсии выведена новая формула для расчета добротности керамических смесей. Отклонение между расчетным и заявленным Q для нескольких типичных керамических систем составляет около ± 5%, например, для двухфазных керамических смесей. 1. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется в микроволновых устройствах, например, в резонаторах, из-за их высокой диэлектрической проницаемости (εr) и высокого коэффициента добротности (Q) [1–6]. Диэлектрическая проницаемость εr может привести к уменьшению размеров устройств в εr в 1/2 раза; высокий коэффициент качества (Q), который примерно пропорционален диэлектрическим потерям (tanı), представляет собой низкие потери энергии и точный выбор частоты [1,2,4]. На практике всегда необходимо смешивать керамику для образования многофазных смесей для стабилизации рабочей частоты, другими словами, для получения керамики с нулевым температурным коэффициентом на резонансной частоте [2,7–13]. В то время как диэлектрическая проницаемость композитов может быть хорошо предсказана формулой Максвелла-Вагнера, вопрос расчета добротности до сих пор не решен [3,14-16]. Традиционно добротность (Q) оценивается по: Q−1 = n i=1 ViQ−1 i , (1) где n соответствует количеству смешиваемой керамики, Vi — объемно-молярное соотношение i-й керамики, ni=1 Vi = 1, а Qi — добротность i-й керамики [15,17]. Уравнение учитывает только Q всех исходных материалов и показывает простую зависимость суперпозиции. Фактически опубликованные результаты показывают другие виды вариационных кривых [15,16]. Отклонение между уравнением (1) расчетные и фактически измеренные результаты велики, например, в [15] и [16]. В этой статье, основываясь на определении диэлектрических потерь в классической теории дисперсии, мы получим общие диэлектрические потери (Q-1) многофазных керамических смесей. После этого применяем формулу для расчета добротности керамических смесей и сравниваем их с полученными результатами. Относительное отклонение также будет дано для подтверждения эффективности новой формулы. …………… 4. Выводы Впервые в данной работе получена точная формула расчета Q для многофазных керамических смесей и подтверждена эффективность формулы в двухфазных керамических смесях. Установлено, что добротность смесей определяется не только качеством каждого компонента

2017

Керамика Na0,5Sm0,5TiO3 + x моль Cr2O3 (x = 0, 0,25 %, 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,25 % и 1,5 %) традиционно была приготовлена методом твердофазной реакции в рамках одного процесса синтеза. Все образцы были идентифицированы как структура орторомбического перовскита с пространственной группой Pnma. Как рентгенограммы, так и результаты уточнения показали, что Cr3+ внедрился в решетку в узлах Ti, что привело к увеличению объема ячейки. Уплотнение можно улучшить, добавив соответствующее количество Cr2O3 (0,25%≤ x≤1%). Диэлектрическая проницаемость (εr) немного увеличивалась при x≤0,25%, а затем уменьшалась при дальнейшем добавлении Cr2O3, что показало аналогичную тенденцию изменения диэлектрической поляризуемости. Температурный коэффициент резонансной частоты (τf) был снижен со 199,3 м.д./°С до 160,8 м.д./°С за счет увеличения валентности связи В-сайта. Экспериментальные результаты XPS подтвердили значительное увеличение добротности (Q×f) с 8993 ГГц при x = 0 до 11854 ГГц при x = 1% из-за ограничения восстановления Ti4+ до Ti3+. При добавлении 1% мол. Cr2O3 керамика Na1/2Sm1/2TiO3, спеченная при 1450°C в течение 2 ч, показала высокие микроволновые диэлектрические свойства εr=96, Q×f=11854 GHz and τf =171.2 ppm/°C. 1. Введение С появлением технологии 5G в беспроводной связи спрос на микроволновую диэлектрическую керамику с высокими характеристиками резко возрос из-за их первостепенной роли в микроволновых приложениях, таких как спутники и любые портативные терминалы. В последние десятилетия исследователи добились больших успехов в поиске множества микроволновых керамических систем с высокой диэлектрической проницаемостью (εr), высокой добротностью (Q×f) и регулируемым температурным коэффициентом резонансной частоты (τf), таких как Li2O-BO- керамика TiO2 (B=Zn2+, Mg2+), A(B′1/3B″2/3)O3 (A=Ba, Ca, B′=Zn2+, Mg2+, Co2+ и Ni2+, B″=Ta, Nb) и BaO-Ln2O3-TiO2 (Ln=редкоземельный элемент) [1-4]. Хотя эта керамика обладает превосходными микроволновыми характеристиками, их диэлектрическая проницаемость в основном колеблется в диапазоне от 10 до 80, что не соответствует дальнейшим требованиям миниатюризации. Керамическая система Na0,5Sm0,5TiO3 (NST), относящаяся к серии СВЧ-керамики Na0,5Ln0,5TiO3 (Ln=La, Nd и Sm), обладает высокой диэлектрической проницаемостью (εr=100,5), высокой добротностью ( Q×f=8993 ГГц) [5-7]. Из-за высокой диэлектрической проницаемости керамика Na0,5Sm0,5TiO3 со структурой орторомбического перовскита рассматривается как перспективный кандидат для миниатюризации микроволновых диэлектрических устройств [6]. Однако во многих сообщениях о керамических системах на основе титана [8-11] обычно обнаруживается серьезное ухудшение диэлектрических потерь в микроволновом диапазоне из-за восстановления Ti4+ до Ti3+ при высокой температуре спекания. Как нам известно, восстановление Ti4+ до Ti3+ вредно для использования Na0,5Sm0,5TiO3 в качестве резонаторных материалов. И усилия по сдерживанию сокращения Ti4+ в последнее время были активными. Диэлектрические потери будут значительно уменьшены путем легирования рядом двухвалентных и трехвалентных акцепторных катионов с ионным радиусом от 0,5 до 0,95 Å, таких как Zn2+, Mg2+, Mn2+, Cu2+, Co2+, Mn3+, Cr3+, Al3+ и B3+. Например, Пуллар и др. [9]. показали, что «темную дыру» можно вылечить путем добавления этих катионов в керамику TiO2, и можно добиться резкого улучшения εr и Q×f. Хуанг и др. В работе [8] сообщается, что значительное повышение добротности было достигнуто при добавлении Mn2+, Cu2+ и Co2+ в керамику Ba4.2Nd9.2Ti18O54. Фанг и др. [11] утверждали, что надлежащее количество Al3+, замещающее Ti4+, было полезно для улучшения показателей качества из-за сдерживания восстановления Ti4+; это повлияло на изменение εr и τf за счет изменения валентности его связи B-сайта в системе Ca-Li-Nd-Ti. Это имело значение для Guo et al. [10] обнаружили, что замена Ti4+ на Cr3+ сдерживала восстановление Ti4+ до Ti3+ в керамике Ba6−3xNd8+2xTi18O54, сохраняя при этом ее высокие диэлектрические проницаемости. На сегодняшний день проведено небольшое количество исследований системы Na0,5Sm0,5TiO3 с целью улучшения ее основного процесса синтеза и настройки ее τf. Но не уделялось внимания борьбе с восстановлением Ti4+ до Ti3+ в керамике NST. В этом исследовании керамика Na0,5Sm0,5TiO3 + x моль Cr2O3 (x = 0, 0,25 %, 0,5 %, 0,75 %, 1 %, 1,25 % и 1,5 %) была синтезирована с помощью одного синтетического процесса с целью повышения добротности. и поддерживать высокую диэлектрическую проницаемость. Тем временем влияние ионов Cr3+ на кристаллическую структуру, микроструктуру и микроволновые диэлектрические характеристики Na0,5Sm0,5TiO3 было систематически исследовано с использованием технологий XRD, SEM и XPS. ……………… 4. Выводы Керамика Na0,5Sm0,5TiO3 + x моль Cr2O3 традиционно синтезировалась одним синтетическим процессом. Тем временем систематически исследовалось влияние ионов Cr3+ на микроструктуру и микроволновые диэлектрические характеристики Na0,5Sm0,5TiO3. Все образцы были идентифицированы как структура орторомбического перовскита с пространственной группой. Как рентгенограмма, так и результаты ее уточнения показали, что Cr3+ внедрился в решетку в узлах Ti, что привело к увеличению объема ячейки. Микроструктуру и уплотнение можно улучшить, добавив соответствующее количество присадок Cr2O3 (0,25%≤ x≤1%). Величина εr немного увеличивалась при x≤0,25%, но позже уменьшалась при дальнейшем добавлении Cr2O3, что показало аналогичную тенденцию к изменению диэлектрической поляризуемости. Значение τf было значительно снижено со 199,3 м.д./°C до 160,8 м.д./°C из-за увеличения валентности связи B-сайта. Примечательно, что имело место значительное увеличение Q×f с 8993 ГГц при x = 0 до 11854 ГГц при x = 1%, что в основном связано с ограничением восстановления Ti4+ до Ti3+. Керамика Na1/2Sm1/2TiO3, спеченная при 1450°C в течение 2 ч, при добавлении 1% молярных присадок Cr2O3 продемонстрировала микроволновые диэлектрические свойства εr=96, Q×f=11854 ГГц и τf=171,2 ppm/°C.

2017

В этом исследовании керамические системы Li2+xMg3SnO6 (LxMS) были приготовлены твердофазной реакцией с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере (x = 0,00–0,12). Было систематически исследовано влияние дополнительного содержания лития на фазовую эволюцию, кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2+xMg3SnO6 (LxMS). При прокаливании образцов от 800 до 1000 °С в результате химической реакции между фазами Li2SnO3 и MgO образовалась фаза Li2Mg3SnO6. Чистую фазу Li2Mg3SnO6 можно было наблюдать в образцах, прокаленных при 1000–1100 °С. Но когда он подвергался воздействию воздуха с высокой температурой выше 1100 ° C, Li2Mg3SnO6 разлагался на Mg2SnO4, MgO и Li2O. Благодаря защитной атмосфере и дополнительному литию εr, Q×f и τf значительно улучшились за счет подавления вторичной фазы и пор при 0,00≤ ≤0,0 x 8. Однако комплексные микроволновые характеристики ухудшились при 0,08< ≤0,12, x которые коррелировали с диэлектрической поляризацией, валентностью связи, полушириной, долей упаковки и октаэдрическим искажением. Были получены превосходные микроволновые характеристики LxMS (x = 0,08), спеченного при 1350 °C в новой регулируемой атмосфере: εr = 12,7, Q×f = 168 330 ГГц и τf = -27,4 ppm/°C. 1. Введение Из-за быстрого роста рынка беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика сыграла незаменимую роль в качестве ключевых компонентов микроволновых устройств, начиная от любых ручных терминалов и заканчивая базовыми станциями [1,2]. Чтобы удовлетворить специфический запрос пятого поколения (5G) связи и приложений [3–5], эта керамика должна иметь желаемую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) и регулируемый температурный коэффициент резонансной частоты (τf ). Изучение новых микроволновых материалов с помощью нового подхода и исследование корреляции между структурами и микроволновыми диэлектрическими характеристиками всегда были в центре исследования материалов [6,7]. Керамика Li2Mg3BO6 (B = Ti, Zr, Sn) со структурой каменной соли привлекла значительное внимание благодаря своим превосходным характеристикам на микроволновых частотах (Li2Mg3TiO6: εr = 15,2, Q×f = 152 000 ГГц и τf = −39 ppm/ °C; Li2Mg3SnO6: εr = 8,8, Q×f = 123 000 ГГц и τf = –32 миллионных долей/°C; Li2Mg3ZrO6: εr = 12,6, Q×f = 86 000 ГГц и τf = –36 миллионных долей/°C) [ 8–10]. Появление в Li2Mg3SnO6 вторичной фазы Mg2SnO4 (εr = 8,41, Q×f = 55 100 ГГц, τf = −62 ppm/°C [11]) и пор, вызванных улетучиванием лития, уступает керамике Li2Mg3TiO6 и Li2Mg3ZrO6. А пористая микроструктура, вызванная потерей элемента Li, серьезно ухудшала бы добротность, что также мешало практическому использованию Li2Mg3BO6 в СВЧ-цепях [12,13]. Таким образом, как бороться с улетучиванием лития было одним из основных вопросов для получения наилучших диэлектрических характеристик СВЧ. Были предприняты некоторые попытки «лечить» улетучивание лития в литийсодержащих материалах. Среди этих исследований Wu et al. только описали, что чистая фаза Li2Mg3TiO6 и Li2Mg3ZrO6 может быть получена путем закапывания образцов в литийсодержащий жертвенный порошок [9]. Низкотемпературные добавки обычно используются для снижения температуры спекания керамических систем; таким образом, испарение лития может быть в определенной степени уменьшено, но это серьезно повредит микроволновым диэлектрическим характеристикам, особенно значениям εr и Q×f [14,15]. Однако систематических исследований по отверждению испарения лития в керамике Li2Mg3SnO6 эффективным и надежным методом не проводилось; возможно, по этой причине дальнейшие исследования керамики Li2Mg3SnO6 не проводились из-за сложности ее спекания. Таким образом, важность подавления вторичной фазы и пор для керамики Li2Mg3SnO6 трудно переоценить. В этой работе химически стабильные порошки ZrO2 использовались в качестве защитного материала для образцов Li2+xMg3SnO6 (x = 0,00–0,12), которые должны были быть захоронены, а порошки Li2CO3 использовались для создания богатой литием атмосферы спекания, что было фирменным знаком. новый метод спекания микроволновой керамики. Хорошо зарекомендовавшая себя техника спекания под порошковым слоем с использованием жертвенного порошка должна была контролировать местную атмосферу. Кроме того, фазовая эволюция, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2+xMg3SnO6 (x = 0,00–0,12) были подробно исследованы методами XRD, SEM, уточнения по Ритвельду и спектров комбинационного рассеяния. …………… 4. Выводы Для получения керамики Li2+xMg3SnO6 (x = 0,00–0,12) с использованием метода твердофазной реакции был использован новый метод спекания в контролируемой атмосфере, а также влияние дополнительного содержания лития на фазовое развитие, кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические характеристики Li2+xMg3SnO6. систематически изучалась керамика. При температуре прокаливания 700 °С впервые получена фаза Li2SnO3 с моноклинной структурой каменной соли в пространственной группе C2/c. Фаза Li2Mg3SnO6 образуется в результате химических реакций между Li2SnO3 и MgO в интервале температур 800–1000 °С. В образцах, прокаленных при 1000–1100 °С, можно было наблюдать чистую фазу Li2Mg3SnO6 с кубической структурой каменной соли в Fm3m. При температуре прокаливания выше 1100 °С происходит распад фазы Li2Mg3SnO6 на Mg2SnO4, MgO и Li2O. Когда сырые образцы спекали в контролируемой атмосфере, фазовый состав, кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства сильно зависели от дополнительного лития в системах LxMS. Взаимосвязь между фазовым составом, кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами была исследована на основе уточнения Ритвельда, теории валентности связи и спектров комбинационного рассеяния. Из-за контролируемой атмосферы и дополнительного содержания лития εr, Q×f и τf были значительно улучшены за счет подавления вторичной фазы и пор для 0,00≤ ≤0,0 x 8. Однако всесторонние микроволновые свойства ухудшались при добавлении избыточного содержания лития. (0,08<≤0,12 x ), которые коррелировали с диэлектрической поляризацией, валентностью связи, полушириной, долей упаковки и октаэдрическим искажением. Как правило, были достигнуты превосходные микроволновые свойства Li2+xMg3SnO6 (x = 0,08), спеченного при 1350 °C в новой контролируемой атмосфере: εr = 12,7, Q×f = 168 330 ГГц и τf = -27,4 ppm/°C.

2017

Микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2Mg3-xCaxTiO6 (x=0~0,18) были изучены с использованием обычного твердотельного метода, чтобы найти температурно-стабильную и высокодобротную микроволновую керамику. При температуре прокаливания 500 °С начала формироваться фаза Li2TiO3 с моноклинной структурой каменной соли в пространственной группе. Когда образцы были прокалены от 600 °C до 900 °C, рентгенограммы показали замечательную химическую реакцию между фазами MgO и Li2TiO3, которая в конечном итоге сформировала фазу Li2Mg3TiO6. Результаты показали, что Li2Mg3TiO6 и CaTiO3 сосуществовали друг с другом и образовывали стабильную композитную систему при добавлении кальция. Фотографии SEM показали, что поры, вызванные испарением Li, могут быть эффективно уменьшены благодаря появлению CaTiO3. При увеличении x от 0 до 0,18 относительная плотность значительно улучшалась благодаря устранению пор. По мере увеличения содержания Ca диэлектрическая проницаемость (εr) увеличивалась с 14,8 до 20,6; добротность (Q×f) уменьшилась с 148 713 ГГц до 79 845 ГГц, а температурный коэффициент резонансной частоты (τf) значительно увеличился с −42,4 до +10,8 ppm/°C за счет повышенного количества CaTiO3. Таким образом, при x=0,12 керамика LMCxT, спеченная при 1280 °C в течение 6 часов, продемонстрировала отличные комплексные свойства: εr=17,8, Q×f=102 246 ГГц и τf=-0,7 ppm/°C. 1. Введение С расширением рабочей частоты мобильных телекоммуникаций до микроволнового диапазона микроволновая диэлектрическая керамика вызывает все больший интерес в качестве ключевых компонентов фильтра, генератора и антенны в приложениях, начиная от сотовых телефонов и заканчивая глобальной системой позиционирования [1, 2]. Диэлектрические материалы для СВЧ имеют многочисленные преимущества с точки зрения компактности, легкого веса, температурной стабильности и низких производственных затрат в высокочастотных устройствах. Поиск СВЧ-диэлектрической керамики с высокой добротностью (Q×f ГГц), надлежащей диэлектрической проницаемостью (εr) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) всегда был активным полем из-за их существенной роли в индустрия беспроводной связи [3]. В последнее время многие литийсодержащие диэлектрические материалы, такие как Li2WO4[4], Li2MO3 (M=Ti, Zr, Sn) [5], Li2O–Bi2O3–MoO3[6], Li2ATi3O8 (A=Mg или Zn)[7], Li3Mg2NbO6 [8] и Li2Mg3BO6 (B=Ti, Sn или Zr) [9, 10] были в центре внимания микроволновой керамики из-за их превосходных микроволновых диэлектрических свойств. Среди этих превосходных материалов недавно опубликованный Li2Mg3TiO6 с гранецентрированной кубической структурой каменной соли является многообещающим кандидатом в критических компонентах системы микроволновых цепей благодаря своим превосходным свойствам εr = 15,2, Q×f = 152 000 ГГц и τf = - 9 ppm/°C [9]. На сегодняшний день лишь в небольшом количестве статей сообщается их основная информация, такая как микроволновые свойства и кристаллические структуры [9-11]. Однако, как и во многих литийсодержащих керамиках [12, 13], пористая микроструктура, вызванная испарением литиевых элементов, неблагоприятна для использования Li2Mg3TiO6 в качестве резонаторных материалов. Кроме того, большое отрицательное значение τf, равное -9 ppm/°C, делает его весьма нестабильным на микроволновых частотах. Сообщается, что добавление низкотемпературных добавок может снизить температуру спекания; таким образом, испарение содержимого Li будет в некоторой степени облегчено, но это серьезно ухудшит СВЧ-диэлектрические свойства, особенно значения εr и τf [14, 15], а также усложнит процесс синтеза, что приведет к удорожанию массовое производство [7]. К счастью, было продемонстрировано, что эффективным подходом является введение в процесс синтеза стабильной фазы с положительным значением τf. Например, Ли и др. [13]. сообщили, что дополнительное количество TiO2 в керамике Li2ZnTi3+xO8+2x эффективно устранит поры и уменьшит τf до нуля из-за появления фазы TiO2. Джордж и др. [7] показали, что введение фазы CaTiO3 улучшит всесторонние микроволновые свойства за счет улучшения пористой микроструктуры и микротрещин в керамике Li2A1-xCaxTi3O8. Таким образом, эти методы позволяют решить две критические проблемы для керамики Li2Mg3TiO6. В результате в этой статье было подробно исследовано влияние замещения Mg кальцием на характеристики спекания, фазовые структуры, микроструктуры и диэлектрические свойства Li2Mg3-xCaxTiO6 в микроволновом диапазоне. ……………… 4. Выводы В этом исследовании было систематически исследовано влияние замещения Mg кальцием на поведение при спекании, фазовую структуру, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства Li2A3-xCaxTiO6. При температуре прокаливания 500 °С начала формироваться фаза Li2TiO3 с моноклинной структурой каменной соли в пространственной группе. При прокаливании образцов от 600°C до 900°C происходила замечательная химическая реакция между MgO и фазой Li2TiO3, которая в конечном итоге приводила к образованию фазы Li2Mg3TiO6. Рентгенограммы показали, что Li2Mg3TiO6 и CaTiO3 сосуществовали с каждым из них.

2017

Исследованы микроволновые диэлектрические свойства и микроструктура новой керамической системы (1-x)Mg(Ti0,95Sn0,05)O3-xCaTiO3 (0,02 ≤ x ≤ 0,08), полученной смешанно-оксидным способом. Для получения термостабильного материала к Mg(Ti0,95Sn0,05)O3 добавляли CaTiO3 в качестве компенсатора температурного коэффициента резонансной частоты (τf). В составах с 0,02 ≤ x ≤ 0,08 образуется смесь двух фаз Mg(Ti0,95Sn0,05)O3 и CaTiO3, что подтверждается данными рентгеноструктурного и энергодисперсионного рентгеноспектрального анализов. Установлено, что значения диэлектрической проницаемости (εr) и τf керамики увеличиваются, а коэффициент качества в ненагруженном состоянии (Qufo) уменьшается с увеличением значений x (т. е. с увеличением содержания CaTiO3). Превосходные микроволновые диэлектрические свойства εr ≈ 21,5, Qufo ≈ 112 500 ГГц (на 9 ГГц) и τf ≈ 1,1 ppm/°C были достигнуты для керамики 0,94{Mg(Ti0,95Sn0,05)O3}–0,06CaTiO3, спеченной при 1375 °С в течение 4 часов. Введение За последние четыре десятилетия было исследовано множество микроволновых диэлектрических керамических материалов, чтобы оценить их пригодность для использования в растущем количестве систем беспроводной связи. Чтобы быть пригодными для использования в практических приложениях, микроволновые диэлектрические материалы должны обладать тремя ключевыми характеристиками: высокой диэлектрической проницаемостью (εr), высоким коэффициентом качества без нагрузки (обычно называемым Qufo) для селективности и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) для устойчивости [1]. Были изучены различные диэлектрические материалы, обладающие указанными выше свойствами. Однако в таких случаях рабочие диапазоны частот были изменены на более высокие частоты, например, с 900 МГц до 2,4, 5,2 или даже 5,8 ГГц, что ограничивает использование материалов с высоким εr [2]. Для высокочастотных материалов близкое к нулю значение τf остается одним из основных требований и становится все более важным по мере увеличения рабочей частоты. Для разработки керамики с отличными диэлектрическими свойствами обычно используются два традиционных подхода: смешивание двух или более материалов для достижения компенсации свойств и создание новых материалов. Смешивание двух или более материалов с разными диэлектрическими свойствами более популярно из-за его простоты. То есть для получения материала с τf ≈ 0 более простым и перспективным подходом является смешивание двух разных материалов с положительными и отрицательными значениями τf с образованием смешанных фаз или твердого раствора [3–8]. Титанат магния (MgTiO3) со структурой типа ильменита с тригональной пространственной симметрией R3 является ведущим диэлектрическим материалом, привлекшим большое внимание из-за его низкой стоимости и хорошего сочетания диэлектрических свойств. Благодаря низким диэлектрическим потерям керамика на основе MgTiO3 широко применяется в качестве диэлектриков в резонаторах, фильтрах и антеннах для связи, радаров и систем глобального позиционирования, работающих на микроволновых частотах. Сообщается, что керамика Mg(Ti0,95Sn0,05)O3, в которой Ti4+ частично заменена Sn4+, демонстрирует превосходное сочетание диэлектрических свойств (εr ≈ 17,7 и Qufo ≈ 276 000 ГГц) [9]. Хотя керамика Mg(Ti0,95Sn0,05)O3 демонстрирует превосходное значение Qufo, она также имеет большое отрицательное значение τf (τf ≈ −43 ppm/°C), что ограничивает ее практическое применение. Наиболее удобным и перспективным подходом для достижения близкого к нулю значения τf для керамики Mg(Ti0,95Sn0,05)O3 является ее сочетание с материалом с положительным значением τf. Цель настоящего исследования состояла в том, чтобы приблизить значение τf керамики Mg(Ti0,95Sn0,05)O3 к нулю. CaTiO3 (εr ≈ 170, Qufo ≈ 3600 ГГц, τf ≈ 800 ppm/°C) [10] использовали в качестве компенсатора τf из-за высокого положительного значения τf и добавляли к Mg(Ti0,95Sn0,05)O3. керамики с образованием новой керамической системы: (1 − x) Mg(Ti0,95Sn0,05)O3–xCaTiO3 (MSTCT). Подробно обсуждаются фазовые, микроструктурные и микроволновые диэлектрические свойства керамической системы MSTCT. …………… Вывод Керамическая система MSTCT состояла из двух фаз Mg(Ti0,95Sn0,05)O3 в качестве основной фазы в сочетании с второстепенной фазой CaTiO3. С увеличением содержания CaTiO3 значения εr и τf керамики MSTCT увеличивались, тогда как значение Qufo уменьшалось. При увеличении содержания CaTiO3 (значение x) с 0,02 до 0,08 диэлектрическая проницаемость увеличивалась с 19,1 до 22,7, значение Qufo уменьшалось со 155 000 ГГц (на 9 ГГц) до 98 000 ГГц (на 9 ГГц), а значение τf увеличивалось. от -28,7 частей на миллион/°C до +11 частей на миллион/°C. Отличные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне εr ≈ 21,5, Qufo ≈ 112 500 ГГц (на 9 ГГц) и τf ≈ 1,1 ppm/°C были достигнуты для керамики 6MSTCT, спеченной при 1375 °C в течение 4 часов.

2017

Керамика ZnTiO3 с чистой фазой впервые была успешно синтезирована методом твердофазной реакции. Температура его синтеза была выше температуры фазового перехода, при этом наночастицы ZnO выступали в качестве ингибитора, препятствующего образованию вторичной фазы: Zn2TiO4, неизбежной при обычных способах получения. Поскольку небольшие области нано ZnO диспергированы в керамических зернах, объемная диффузия ионов Ti, образование центров зародышеобразования и миграция границ раздела фаз были в значительной степени подавлены, что указывает на то, что наноZnO был желателен для стабилизации фазы ZnTiO3 выше температуры фазового перехода. Пространственная группа R3 (№ 148) одной фазы определена рентгеноструктурным анализом Ритвельда. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и эмиссионный спектр фотолюминесценции были также проведены для исследования электронной микроструктуры полученной фазы ZnTiO3. Наконец, были достигнуты отличные микроволновые диэлектрические свойства (ɛr ~ 31,5, Q×f ~ 59 800 ГГц и τƒ ~ 1,2 ppm/°C) при высокой температуре спекания (900-950 oC). Кроме того, учитывая его хорошую химическую совместимость с Ag-электродом, простоту масштабирования, высокую эффективность, низкую стоимость и безвредность для окружающей среды, ZnTiO3 является многообещающим кандидатом для применения в LTCC. Эта работа прокладывает большой шаг к практическому применению. 1. Введение С быстрым развитием индустрии беспроводной связи последние десятилетия стали свидетелями бурного развития микроволновых диэлектрических материалов. Было проделано много работ по получению СВЧ-диэлектрической керамики с низкими диэлектрическими потерями (высокая добротность Q), соответствующей диэлектрической проницаемостью εr (малая задержка срабатывания) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты τf по направлению к высокочастотному СВЧ и миллиметровому диапазону. диапазон. Их широкое применение распространяется на различные продукты беспроводной связи, такие как мобильные телефоны и базовые станции, системы глобального позиционирования (GPS), беспроводные локальные сети (WLAN), системы связи Wi-Fi, RFID и ZigBee1-3. Малый размер, низкая стоимость, простота и высокая производительность стали ключевыми приоритетами для применения к устройствам беспроводной связи. Наряду с быстрым развитием коммуникационных технологий, дисплеи с высоким разрешением и высокой скоростью стали одной из растущих тенденций. В связи с этим материалы-кандидаты для таких применений должны иметь [1] надлежащую высокую относительную диэлектрическую проницаемость εr, [2] низкие диэлектрические потери или высокий коэффициент добротности Q (обычно описываемый в терминах произведения с высоким значением Q×f, где f — резонансная частота) [3] околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) 4,5. Среди них оксид перовскита ZnTiO3 применяется в микроволновых устройствах, газовых датчиках (этанол, NO, CO и т. д.), катализаторах «зеленой» химии или фотокатализаторах, УФ-фильтрах, фотолюминесценции, пигментах для красок и т. д.6,7. Более того, все большее внимание привлекает керамика на основе ZnTiO3 с отличными диэлектрическими характеристиками, которая также позволяет уменьшить габариты маломощных СВЧ-модулей связи. Низкая температура спекания делает его конкурентоспособным для интегрированной интеллектуальной системы на кристалле (SOC). Он выделяется как важный дополнительный материал для сотовых телефонов 4-го поколения, предлагающий скорость передачи данных мобильного телефона в несколько раз. Однако следует отметить, что керамика ZnTiO3 очень чувствительна как к температуре, так и к синтетическим процессам. Как правило, керамика ZnTiO3 подвергается термическому разложению во вторичную фазу при температуре выше 900 °C, что ограничивает ее применение в электронных устройствах и затрудняет перспективы коммерциализации в электронных устройствах8,9. С другой стороны, низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) имеет преимущества включения пассивных компонентов в трехмерные микроволновые схемы и миниатюризации мобильных устройств. В последние несколько лет значительное внимание привлекла технология LTCC с использованием недорогих электродов (Ag, Cu, Al и т. д.) из-за преимуществ, предлагаемых для изготовления миниатюрных многослойных устройств10,11. Таким образом, снижение температуры спекания становится неизбежным, особенно для мобильного применения, поскольку изготовление LTCC обычно должно обжигаться вместе с Ag-электродом при 950°C 12. Таким образом, плохая стабильность при спекании и тесная связь с обычным процессом препятствуют его практическому применению для керамики ZnTiO3. Был проведен ряд углубленных работ для получения чистой керамики ZnTiO3 при требуемой температуре с улучшенными характеристиками. Например, керамика ZnTiO3 с различными добавками: стекло ZnO-B2O3, стекло ZnO-SiO2-B2O3, B2O3 или B2O3-Li2F 13-14 производится при 900-930 oC, которые неизбежно вводят вторую фазу с низким значением добротности. Различные примеси (Mg, Co и т. д.), введенные в керамику ZnTiO3,15 дают одинаковые результаты из-за неизбежной второй фазы. Также были опробованы другие методы получения чистой керамики ZnTiO3, такие как синтез расплавленной соли (KCl, NaCl), синтез горения самораспространяющегося раствора, золь-гель метод, гидротермальный метод и твердофазная реакция.

2017

Ряд температурно-стабильных микроволновых диэлектрических (1 x)CeVO4-xTiO2 (0,0 x 0,4) керамики был приготовлен методом твердофазной реакции. Все образцы хорошо спекались при 1025-1150°С в течение 2 часов. Рентгенофазовый анализ (РФА) и анализ методом энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) показали, что в керамике сосуществуют фазы рутила TiO2 и тетрагональной фазы CeVO4. Спектроскопия комбинационного рассеяния и инфракрасные спектры использовались для изучения взаимосвязи между структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами. Керамика (1 x)CeVO4-xTiO2 с 0,15 x 0,20, спеченная при 1100 °С в течение 2 ч, показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства с относительными диэлектрическими проницаемостями (εr) ~ 11,2e14,2, значениями добротности (Qf) ~ 7950e22,100 ГГц (при 9,2–9,5 ГГц), а также околонулевой температурный коэффициент резонансных частот (tf) ~ 1,2–+2,8 ppm/oC. Исследование инфракрасных спектров показало, что наиболее заметное влияние на диэлектрическую проницаемость оказывают внешние колебания CeVO4. Все эти результаты показывают, что эта система является хорошим кандидатом для применения в микроволновых устройствах в будущем. 1. Введение В последние несколько десятилетий, с быстрым развитием беспроводной связи, микроволновые диэлектрические материалы широко изучались для практического применения в глобальной системе позиционирования (GPS), технологии беспроводной локальной сети (WLAN) и других ключевых компонентах микроволновых систем связи. 1д4]. Микроволновая диэлектрическая керамика с высокой диэлектрической проницаемостью (εr), высокой добротностью (Qf) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (tf) незаменима для микроволновых (СВЧ) применений [5–7]. Было проведено много работ по поиску новых микроволновых диэлектрических керамических материалов с многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами [8-10]. Совсем недавно некоторые керамики с высоким содержанием V2O5 привлекли большое внимание из-за их низких температур спекания и многообещающих микроволновых диэлектрических свойств. Ванадат церия, CeVO4, представляет собой ортованадат редкоземельного элемента с тетрагональной структурой типа циркона, и его можно использовать в качестве катализатора окисления, фотокатализатора, материала газового сенсора и пигмента [11–13]. Сообщалось, что как технологически важный материал керамика CeVO4 спекается при 950°C со значением диэлектрической проницаемости ~12,3, значением Qf ~41500 ГГц и значением tf ~34,4 ppm/C [14]. Однако отрицательные значения tf могут ограничивать его применение в микроволновых устройствах. Как хорошо известно, существует два метода доведения значения tf диэлектрической керамики для микроволнового излучения почти до нуля. Первый заключается в формировании твердого раствора, а второй метод заключается в разработке композиционных материалов с компонентами, обладающими противоположными значениями tf. В наших предыдущих работах указывалось, что маршрут композитной керамики является хорошим методом для получения термостабильной микроволновой диэлектрической керамики [15,16]. Как хорошо известный материал с высоким значением εr (105), высоким коэффициентом качества (Q f = 46 000 ГГц при 5 ГГц) и большим положительным значением tf (+465 ppm/C), рутил TiO2 является полезным материалом для компенсации отрицательных значений tf. в композитной керамике [17]. Гуо и др. исследовали микроволновые диэлектрические свойства керамики AMoO4-TiO2 (A = Ca, Sr, Ba) и обнаружили, что вся композитная керамика имеет близкое к нулю значение tf и высокую добротность (Q f = 40 700–72 050 ГГц) [18]. Кроме того, керамика (1x)LiMVO4exTiO2 (M = Mg, Zn; x = 0,20e0,45) с относительными диэлектрическими проницаемостями 9,7e20,1, значениями Qf 20 100e39 200 ГГц и близкими к нулю значениями tf 20-5 ppm/C сообщалось в нашей предыдущей работе [19]. В настоящей работе композитная керамика (1 x)CeVO4-xTiO2 (0,0 x 0,4) была синтезирована методом твердофазной реакции. Детально изучены поведение при спекании, фазовый состав, микроструктура, микроволновые диэлектрические свойства и взаимосвязь между структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики CeVO4eTiO2. … 4. Заключение. В настоящей работе термостабильная керамика (1 x)CeVO4exTiO2 (0,0 x 0,4) была получена методом твердофазной реакции. Согласно анализу XRD и EDS, в керамике есть две фазы, и фаза CeVO4 может сосуществовать с рутиловой фазой TiO2 при их температурах спекания. С увеличением содержания TiO2 εr увеличивается, а значение tf меняется с отрицательного на положительное. Высокие показатели микроволновых диэлектрических свойств могут быть получены в керамике (1 x)CeVO4exTiO2 (0,15 x 0,20) с εr 11,2e14,2, значениями Q f от 7950 до 22 100 ГГц и значениями tf от 1,2 ppm/C до +2. 8 частей на миллион/С.

2017

Новая керамика Ba2LiMg2V3O12 с различным количеством добавок стекла ZnO-P2O5-MnO2 (ZPM) была уплотнена при 850°С по твердофазному реакционному пути. Реакции между керамической матрицей и Ag не обнаружено. Вторичная фаза Ba3(VO4)2, образующаяся в матрице Ba2LiMg2V3O12, вносит положительный вклад в значение tf. Дальнейшее добавление стекла ZPM приводило к тому, что значение tf приближалось к нулю. Среди всех образцов образец с 2 мас. % добавки ZPM (маркированный как BZ20) обладал хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне: er = 13,47, Q f = 16272 ГГц (11,18 ГГц), tf = (+)0,4 м.д./Кл. Все экспериментальные результаты свидетельствуют о том, что новая термостойкая микроволновая диэлектрическая керамическая система была разработана для приложений LTCC. 1. Введение Быстрое развитие беспроводной связи требует огромного количества микроволновых компонентов. Для большинства микроволновых устройств диэлектрические керамические материалы широко используются благодаря их преимуществам в компактности, термической стабильности, легком весе и низкой стоимости для высокочастотных применений [1]. Дальнейшее развитие миниатюризации и интеграции устройств требует, чтобы керамика могла обжигаться вместе с внутренними металлическими электродами. Технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) является превосходным решением для миниатюризации и интеграции [2]. Серебро (Ag) из-за его высокой проводимости и низкой стоимости широко используется в качестве внутренних электродов, но его температура плавления составляет всего около 961°С [3]. Таким образом, необходимо исследовать новые низкотемпературные спеченные керамические системы с хорошей совместимостью между диэлектрической матрицей и серебряными электродами [4,5]. Для большинства СВЧ-устройств частотоопределяющие компоненты требуют, чтобы диэлектрические материалы обладали умеренной диэлектрической проницаемостью (er), низкими диэлектрическими потерями (высокой добротностью) и почти нулевым температурным коэффициентом резонансной частоты (tf) при низкой стоимости [1]. Однако всегда сложно сбалансировать и реализовать эти показатели производительности в рамках одного материала. Поэтому для преодоления ограничений были исследованы различные системы материалов с различной кристаллической структурой [6–9]. Среди этих материалов соединения типа граната были отмечены как многообещающие кандидаты в области лазеров, люминофоров и ферритовых материалов [10–12], тогда как мало результатов было связано с их микроволновыми диэлектрическими свойствами. Недавно были обнаружены микроволновые диэлектрические свойства гранатов Re3Ga5O12 (Re = Nd, Sm, Eu, Dy, Yb и Y), и были получены многообещающие микроволновые диэлектрические характеристики: высокая Q f (> 40000 ГГц), более низкое значение ( 12 ) и относительно стабильные значения tf (от 33,7 до 12,4 ppm/C) [13]. Однако их температуры спекания обычно слишком высоки (1350–1500 °C) для применения в технологии LTCC. К счастью, сообщалось о некоторых модифицированных ванадатах граната с низкими температурами спекания и хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне, которые являются потенциальными для применения в LTCC [14–16]. Фанг и др. сообщили, что керамика LiCa3MgV3O12, спеченная при 900°C, показала более низкое значение Q f 10,5, высокое значение Q f 74700 ГГц и значение tf 61 ppm/C [14]. Дальнейшие исследования керамики NaCa2Mg2V3O12 дали аналогичный результат: более низкое значение 10, относительно высокое значение Q f 50600 ГГц и значение tf 47 ppm/C при спекании при 915 C [15]. Эти результаты показали, что модифицированные ванадаты граната обладают относительно высокими значениями Q f при спекании при низкой температуре, но их большие отрицательные значения tf не позволяют их практическое применение. Поэтому актуален поиск новых диэлектрических систем на основе граната СВЧ с близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты. Как известно, фосфатное стекло перспективно благодаря своей экологичности и низкой температуре плавления ниже 600°С, что выгодно для технологии LTCC [17–19]. Но фосфатное стекло на основе P2O5 обычно обладает относительно низкой химической стабильностью, поэтому для улучшения его характеристик используются различные оксиды, такие как ZnO, MnO2, Al2O3 и CuO [20–22]. Среди этих модифицированных систем система на основе ZnO-P2O5-MnO2 является многообещающей благодаря более низкой температуре тройной эвтектики и лучшим характеристикам при низких температурах, которая широко применяется в области электронных корпусов. Основываясь на этих многообещающих характеристиках, стекло ZnO-P2O5-MnO2 может быть подходящей добавкой для спекания микроволновых диэлектриков со структурой граната. В этом исследовании новая керамическая система Ba2LiMg2V3O12 с различным количеством добавок стекла ZnO-P2O5-MnO2 (ZPM) была изготовлена по твердофазному реакционному пути. Систематически исследовались микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. Выявлено, что комбинированная вторичная фаза Ba3(VO4)2, образующаяся в матрице Ba2LiMg2V3O12 с добавкой стекла ZPM, вносит положительный вклад в tf, приближая его значение к нулю, что перспективно для СВЧ-приложений. ……………… 4. Выводы. В этом исследовании ZnO-P2O5-MnO2 (ZPM) керамика Ba2LiMg2V3O12, модифицированная стеклом, была получена при 850°C по пути твердофазной реакции без реакции между керамической матрицей и Ag, что соответствует требованиям приложений LTCC. Основная фаза Ba2LiMg2V3O12 со вторичной фазой Ba3(VO4)2 хорошо сосуществовали, и была получена плотная кристаллическая морфология. Интересно, что значение tf может быть доведено почти до нуля за счет образования вторичной фазы Ba3(VO4)2 в сочетании с подходящим количеством добавки стекла ZPM. В частности, образец с 2 мас. % добавки ZPM (маркированный как BZ20) обладал хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне: er = 13,47, Q f = 16272 ГГц (11,18 ГГц), tf = (+)0,4 м.д./Кл. Наше исследование предположил, что эта новая низкотемпературная спеченная система ванадата граната является подходящим кандидатом для применения в микроволновой печи.

2017

Две низкообжиговые керамики Li2MGe3O8 (M = Ni, Co) были приготовлены методом твердофазной реакции и охарактеризованы их микроволновые диэлектрические свойства. Рентгеноструктурный анализ показал, что обе керамики кристаллизовались в кубическую структуру шпинели. Обе керамики хорошо уплотнялись при температурах ниже 960 °С. Керамика Li2NiGe3O8, спеченная при 940 °C с относительной плотностью ~95,2%, получила оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью (εr) ~8,6, добротностью (Q×f) ~42200 ГГц (на 12,2 ГГц), температурным коэффициентом резонансной частоты τf ~ −78,2 ppm/°C. Для Li2CoGe3O8 керамика, спеченная при 950 °C, имела относительную плотность 95,4%, εr 9,0, Q×f 40 500 ГГц (при 12,6 ГГц) и τf −42 ppm/°C. Отрицательные значения τf можно регулировать путем формирования композитной керамики с рутилом TiO2. Измерение химической совместимости показывает, что обе керамики не реагировали с серебром. 1. Введение Низкотемпературная керамика с совместным обжигом (LTCC) вызывает значительный интерес из-за ее способности интегрировать пассивные компоненты в монолитный объемный модуль [1–3]. Как правило, микроволновая диэлектрическая керамика в качестве подложки должна отвечать жестким требованиям высокой добротности (Q×f), низкой диэлектрической проницаемости (εr) и близкому к нулю температурному коэффициенту резонансной частоты (τf). Кроме того, в устройствах LTCC диэлектрические керамические подложки уложены в несколько слоев и обожжены вместе с материалом внутреннего электрода (например, Ag). Таким образом, температура спекания микроволновых диэлектриков должна быть ниже, чем температура спекания внутренних электродов (961 °C для Ag), и должна быть обеспечена химическая совместимость. Недавно исследователи сообщили, что соединения шпинели могут быть использованы в качестве диэлектрической керамики для микроволнового излучения [4,5]. Сообщалось о паре шпинель-оксидных керамик на основе лития в Li2MTi3O8 (M=Zn, Mg, Co, Ni) с многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами. Себастьян и др. В работе [6] сообщалось о керамике Li2ZnTi3O8, спеченной при 1075 °C с εr = 25,6, Q×f = 72 000 ГГц, τf = −11,2 ppm/°C. Керамика Li2CoTi3O8, спеченная при 1025 °С, имеет относительную диэлектрическую проницаемость (εr) ~28,9, добротность (Q×f) ~ 52600 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) ~ 7,4 ppm/°C) [7]. Яо и др. [8] сообщают о свойствах керамики Li2MgTi3O8, имеющей εr = 23,0, Q×f = 54,052 ГГц и τf = 1,5 ppm/°C при спекании при 1100 °C. К сожалению, температура спекания этих микроволновых материалов превышает 1000 °C, что ограничивает их применение в LTCC. Было предпринято несколько попыток снизить температуру спекания с помощью вспомогательных средств для спекания [9,10]. Ютака и др. сообщили, что замена Ti4+ ионами Ge4+ в керамике Ba6Sm8Ti18O54 может эффективно снизить температуру спекания [11]. Это вдохновляет нас использовать ион Ge4+ для полной замены Ti4+ в керамике Li2MGe3O8 (M = Ni, Co) для снижения температуры их спекания. Более того, поскольку ионная поляризация Ge4+(1,63) намного меньше по сравнению с Ti4+(2,93), замещение ионов Ge4+ также может снизить относительную диэлектрическую проницаемость в соответствии с уравнением Клаузиуса-Моссотти. Поэтому в настоящей работе были приготовлены керамики Li2MGe3O8 (M = Ni, Co) и изучены их кристаллическая структура, поведение при спекании, микроволновые диэлектрические свойства и химическая совместимость с Ag. …. 4. Выводы Таким образом, керамика Li2MGe3O8 (M = Ni, Co) была приготовлена методом твердотельной реакции. Обе керамики хорошо уплотнялись при температурах ниже 960 °С. Керамика Li2NiGe3O8 показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 8,56, значением Q×f ~ 42 200 ГГц и τf ~ -78,2 ppm/°C. Для керамики Li2CoGe3O8 оптимальные микроволновые диэлектрические свойства составили: εr ~ 8,99, Q×f ~ 40 500 ГГц и τf ~ -42 ppm/°C. Отрицательное значение τf керамики Li2MGe3O8 (M = Ni, Co) может быть изменено с помощью TiO2, а керамика 0,85Li2MGe3O8+0,15TiO2, спеченная при 940 °C в течение 4 ч, демонстрирует улучшенные свойства с εr ~ 10,4, Q×f ~ 35 700 ГГц, τf ~ -1,8 м.д./°С. Кроме того, анализ XRD и EDS показал, что обе керамики химически совместимы с серебряными электродами при соответствующих температурах спекания. Эти результаты позволяют предположить, что подготовленные прорастающие шпинели Li2MGe3O8 могут быть многообещающими кандидатами для технологии LTCC.

2017

Технология сверхнизкотемпературного совместного обжига керамики (ULTCC) требует использования диэлектрической керамики для микроволнового излучения с более низкой собственной температурой спекания, чем температура плавления внутренних электродов. В настоящей работе обнаружено, что новая керамика HBO2 уплотняется при экстремально низкой температуре ниже 200 ◦C, с порами, остаточным H3BO3, аморфным B2O3 внутри, с относительной диэлектрической проницаемостью ∼2,12 ± 0,02, значением Qf 32 700 ± 300 ГГц и значение температурного коэффициента резонансной частоты ∼ − 43 ± 3 ppm/◦C. Этот материал легко получить дегидратацией из H3BO3 спеканием при низкой температуре ниже 200 ◦C. Чрезвычайно низкая температура спекания и растворимость в воде также дают возможность в будущем получить новый многофункциональный неорганический-органический композит. 1. Введение СВЧ-диэлектрические материалы изучаются уже более полувека и широко используются в СВЧ-приборах в качестве диэлектрических резонаторов (ДР), фильтров, конденсаторов, подложек и т. д. [1–3]. Для традиционных микроволновых диэлектрических материалов существуют три важных основных физических параметра: диэлектрическая относительная диэлектрическая проницаемость (r), добротность Q × значение f (Q × f, где Q = 1/диэлектрические потери и f = резонансная частота) и температурный коэффициент резонансной частоты (TCF или f ≈ − l−0,5, где l — коэффициент линейного теплового расширения, а — температурный коэффициент относительной диэлектрической проницаемости) [2–5]. Длина электромагнитной волны и размер устройства обратно пропорциональны относительной диэлектрической проницаемости. Ширина полосы резонансной частоты по уровню –3 дБ обратно пропорциональна значению Q × f образца, что означает, что значение Q × f представляет собой селективность в определенном частотном диапазоне. ВКФ определяет температурную зависимость резонансной частоты. Чтобы удовлетворить требования миниатюризации и интеграции современных микроволновых устройств, необходимых для быстро развивающихся технологий беспроводной и спутниковой связи, технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) сыграла важную роль в процессе изготовления [1–5]. Чтобы снизить температуру спекания (ST) традиционной микроволновой диэлектрической керамики для удовлетворения требований технологии LTCC, добавление оксидов/фторидов с низкой температурой плавления, B2O3, V2O5, Bi2O3, LiF и т. д., или стекол с низкой температурой размягчения, B2O3-ZnO, B2O3-ZnO-SiO2 и др., становится наиболее популярным методом [6–9]. Обычно в традиционной технологии многослойного совместного обжига керамики (MLCC) используется высокотемпературная обжиговая керамика и благородные металлы (Pt, Pd, Pd-Ag) в качестве внутренних электродов. Технология LTCC позволяет использовать неблагородные металлы, такие как Ag, Ni, Cu и т. д., в многослойных устройствах совместного обжига с электрокерамикой низкого обжига. В последнее время, благодаря исследованиям микроволновой диэлектрической керамики с низкой собственной температурой спекания, большое внимание привлекла технология так называемой ультранизкотемпературной технологии совместного обжига керамики (ULTCC). Двумя классическими примерами являются керамика BaTe4O9 (r = 17,5, Qf = 54 700 ГГц и температура спекания S.T. = 550 ◦C) и Bi2Mo2O9 (r = 38, Qf = 12 500 ГГц и S.T. = 620 ◦C) [10, 11]. Оба они химически совместимы с алюминием, а это означает, что алюминий можно использовать в качестве внутреннего электрода, и он намного дешевле, чем обычно используемое серебро. Как подытожено в нашей предыдущей работе [12], могут быть новые ULTCC с составляющими легкоплавкими оксидами, такими как TeO2 (733 ◦C), MoO3 (795 ◦C), Bi2O3 (817 ◦C), PbO ( 886 ◦C), B2O3 (450 ◦C) или H3BO3 (171 ◦C), P2O5 (340 ◦C),V2O5 (690 ◦C), Li2CO3 (723 ◦C) и др. В наших предыдущих работах [4,11–16], в бинарной системе Bi2O3-MoO3, тройной системе Li2O-Bi2O3-MoO3 и Li2O-Bi2O3-четырехкомпонентные системы MoO3-V2O5, Na2O-Bi2O3-MoO3-V2O5, Fe2O3-Bi2O3-MoO3-V2O5 и т. д. В нашей недавней работе [17] сообщалось, что новая шпинель со структурой NaAgMoO4 хорошо уплотняется при ∼7,9, значение Qf 33000 ГГц и TCF 120 ppm/◦C. Он обладает самой низкой температурой спекания среди всех описанных микроволновых диэлектрических материалов, полученных с использованием традиционного метода твердофазной реакции. Изучение технологии ULTCC требует, чтобы микроволновая диэлектрическая керамика была такой же «холодной», как органические материалы. Применение алюминиевых и серебряных чернильных электродов, химически совместимых с ULTCC, позволяет изготавливать новые гибкие и многофункциональные структуры для электрических устройств. Здесь можно предположить, что будет исследовано больше СВЧ-диэлектрических материалов со сверхнизкой температурой обработки не только в легкоплавких оксидах, но и в сульфидных, йодидных и даже координационных комплексах. Недавно был предложен так называемый метод холодного спекания, и многие водорастворимые микроволновые диэлектрические керамики могут быть получены с использованием этого метода для достижения высокой относительной плотности путем перекристаллизации в пересыщенных растворах [18-24]. В настоящей работе мы сообщаем об обработке, характеристиках спекания и микроволновых диэлектрических свойствах новой керамики HBO2, спеченной при температуре ниже 200 ◦C. …………… 5. Заключение В заключение, было обнаружено, что новая керамика HBO2 хорошо уплотнена при температуре ниже 190 ◦C и обладает высокими диэлектрическими характеристиками в микроволновом диапазоне с относительной диэлектрической проницаемостью 2,12 ± 0,02, значением Qf ∼32 700 ± 300 ГГц и значением TCF ∼ -43 ± 3 ppm/◦С. По сравнению с традиционными LTCC, его температура спекания намного ниже, что позволяет в будущем создавать некоторые новые неорганические-органические композиционные функциональные материалы. Кроме того, из-за растворимости в воде суспензия и лента HBO2 в будущем могут быть переработаны дешевым методом водного раствора.

2017

Новый восьмислойный гексагональный перовскит Ba8NiNb6O24 был синтезирован высокотемпературной твердофазной реакцией, и его структура была охарактеризована с помощью электронной дифракции на выбранных участках, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и синхротронной рентгеновской дифракции. В отличие от восьмислойных упорядоченных смещенных Ba8CoNb6O24 и Ba8ZnNb6O24, Ba8NiNb6O24 принимает двойниковую структуру с последовательностью укладки (ccch)2 для слоев BaO3 и демонстрирует больше неупорядоченных катионов и вакансий на октаэдрических позициях с общими гранями (FSO), чем двойниковые танталаты Ba8MTa6O24 (М=Zn, Ni, Со). Стабилизация двойниковой структуры и катионно-вакансионного упорядочения в составе Ba8NiNb6O24 коррелирует с меньшей разницей в размерах между Ni2+ и Nb5+ по сравнению с разницей между (Zn/Co)2+ и Nb5+ в сдвинутых Ba8CoNb6O24 и Ba8ZnNb6O24. Таблетка Ba8NiNb6O24 обладает высокой диэлектрической проницаемостью er ~ 40, скромной Qf ~ 41319 ГГц и большим температурным коэффициентом резонансной частоты sf ~ 60 ppm/°C. Более низкое значение Qf по сравнению с высокодобротным Ba8MTa6O24 объясняется пониженным ближним B-катионным упорядочением внутри димеров FSO в Ba8NiNb6O24. Эти результаты способствуют пониманию взаимодействия между химическим составом, структурой и диэлектрическими свойствами восьмислойных двойниковых и смещенных гексагональных перовскитов. ВВЕДЕНИЕ Высокоэффективные диэлектрические материалы (диэлектрическая проницаемость er в пределах 20-50, Qf>30 000 ГГц, где Q - обратные диэлектрические потери tg d, f - резонансная частота, температурный коэффициент резонансной частоты, sf ~ 3 ppm/°) необходимы в качестве компонентов резонатора и фильтра для базовых станций сетей мобильной связи.1 Значительное внимание было сосредоточено на сложных перовскитах танталатов и ниобатов из-за их превосходных диэлектрических характеристик в микроволновом диапазоне.1-4 Например, 2:1-упорядоченный Ba3MTa2O9 (M =Zn, Mg) резонаторы обладают скромным ~ 30, близким к нулю sf и превосходными показателями добротности Qf ~ 90 000–160 000 ГГц, что позволяет эффективно использовать выделенное электромагнитное частотное окно.1,4 Однако эти сложные перовскитные резонаторы страдают из-за необходимости длительного высокотемпературного отжига для контроля катионного упорядочения с целью достижения высокого качества.1,4-6 В последние два десятилетия растет интерес к разработке гексагональных перовскитов как d электрические резонаторы и фильтры.7-13 Оксиды гексагонального перовскита содержат те же структурные единицы плотноупакованных слоев AO3, что и кубические перовскиты, но с чистой гексагональной или смешанной кубо-гексагональной плотной упаковкой. Согласно различным чередующимся кубическим (c) и гексагональным (h) последовательностям, гексагональные перовскиты подразделяются на два основных типа двойниковых или смещенных структур в зависимости от того, разделяет ли кубические блоки одиночный гексагональный слой или два последовательных гексагональных слоя14 соответственно. Среди различных гексагональных перовскитных диэлектриков восьмислойные гексагональные перовскиты с дефицитом B-сайтов являются наиболее привлекательными соединениями благодаря (i) их высоким значениям Qf, сравнимым со значениями составов сложных танталовых перовскитов, и (ii) интересной конкуренции фаз двойного сдвига и катионное упорядочение. Ba8MTa6O24 (M=Zn, Ni, Co)11,12,15,16 имеет восьмислойную двойниковую структуру с последовательностью укладки (ccch)2 для слоев BaO3, а вакансии в позиции B и катионы M2+ распределены частично упорядоченно. образом в октаэдрических димерах с общей гранью (FSO). Эти материалы имеют e ~ 29, высокие значения Qf ~70 000–90 000 ГГц, хотя относительно высокие значения sf в пределах ~30–45 ppm/°C.11,12,15,16 Поиск более дешевых ниобатных аналогов Ba8MTa6O24 привели к открытию восьмислойных смещенных соединений Ba8CoNb6O2413 и Ba8ZnNb6O2417. Эти два сдвинутых ниобата показывают более высокие значения er ~ 31-35, но более низкие значения Qf ~35 000-50 000 ГГц, чем двойниковые танталаты, и положительные значения sf в пределах ~16-44 ppm/°C, аналогичные двойниковым танталатам. Смещенная структура принимает последовательность стопки cccccchh для слоев BaO3, а упорядочение вакансий происходит между двумя последовательными гексагональными (h) слоями, в результате чего образуется полностью вакантный октаэдрический слой, расположенный в середине тримеров FSO. Эти пустые октаэдрические слои изолируют перовскитовые блоки, состоящие из семи последовательных октаэдрических (CSO) слоев с общими углами, где катионы Co/Zn заключены в центральных октаэдрических позициях блоков CSO, что приводит к одиночным слоям Co/Zn, отделенным друг от друга на ~ 1,9 нм. Смещение от центра к пустым октаэдрическим слоям для сильно заряженного d0 Nb5+ рядом с пустыми октаэдрическими слоями из-за эффекта Яна-Теллера второго порядка (SOJT) необходимо для стабилизации оксидных анионов в пустых октаэдрических слоях, тем самым способствуя необычное упорядочение катионов B в нанометровом масштабе в Ba8CoNb6O2413 и Ba8ZnNb6O24. 17 Стабилизация конфигурации двойного сдвига для восьмислойных танталатных и ниобатных гексагональных перовскитов, описанная выше, была связана с тонкой разницей между эффектами SOJT Ta5+ и Nb5+. Связь Ta5+-O2 более ионная, чем Nb5+-O24,17; таким образом, по сравнению с Nb5+, нецентральное искажение в кислородном октаэдре Ta5+ недостаточно для стабилизации анионов оксида в пустом октаэдрическом слое и, следовательно, для дестабилизации смещенной структуры. В-катионы энергетически более выгодны для танталатных композиций. Чтобы глубже понять фундаментальную химию структурного поведения восьмислойных гексагональных перовскитов и соотнести их диэлектрические характеристики с химическим составом и структурой, мы используем больше аналогов в семействах восьмислойных гексагональных перовскитов. До настоящего времени не уделяется внимания фазообразованию и диэлектрическим свойствам ниобатного аналога двойникованного Ba8NiTa6O24. В этом исследовании мы представляем стабилизацию восьмислойного двойникованного гексагонального перовскита состава Ba8NiNb6O24 и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba8NiNb6O24. Стабильность двойниковой фазы Ba8NiNb6O24 коррелирует с разницей в размерах B-катиона, которая контролирует упорядочение катионов/вакансий, поэтому влияет на диэлектрические характеристики Ba8NiNb6O24. …………… ВЫВОДЫ Синтезирован новый восьмислойный гексагональный перовскит Ba8NiNb6O24, который изоструктурен двойниковому Ba8NiTa6O24, но отличается от смещенных материалов Ba8CoNb6O24 и Ba8ZnNb6O24. Ba8NiNb6O24 имеет больше неупорядоченных катионов и вакансий в B-позициях FSO, чем двойникованные танталаты Ba8MTa6O24 (M=Zn, Ni, Co). По сравнению с (Zn/Co)2+ и Nb5+ в смещенном Ba8ZnNb6O24 (или Ba8CoNb6O24) меньшая разница в размерах между Ni2+ и Nb5+ играет важную роль в стабилизации Ba8NiNb6O24 с двойниковой структурой. Эта меньшая разница в размерах может быть также ответственна за пониженное упорядочение катионов/вакансий в Ba8NiNb6O24. Наконец, Ba8NiNb6O24 показывает более высокую диэлектрическую проницаемость er ~ 40, но более низкую добротность Qf ~ 41 319 ГГц и больший температурный коэффициент резонансной частоты sf ~ 60 ppm/°C, чем двойникованные танталаты Ba8MTa6O24. Более низкое значение Qf Ba8NiNb6O24 связано с пониженным ближним B-катионным упорядочением внутри димеров FSO по сравнению с высокодобротным Ba8MTa6O24.

2017

Частотно-избирательная поверхность (FSS) была тщательно изучена из-за ее потенциального применения в обтекателях, отражателях антенн, поверхностях с высоким импедансом и поглотителях. В последнее время был предложен и изучен в основном новый принцип проектирования ФСС на двух уровнях. На уровне материалов диэлектрические материалы вместо металлических узоров способны обеспечить более функциональные характеристики в конструкции FSS. Кроме того, ЧСС из диэлектрических материалов могут использоваться в различных экстремальных условиях в зависимости от их электрических, тепловых или механических свойств. На уровне принципа проектирования теория метаматериала может быть использована для удобного и лаконичного проектирования FSS. В этом обзорном документе мы приводим краткий обзор последних достижений в области частотно-селективных поверхностей из полностью диэлектрических метаматериалов (ADM-FSS). Обобщен основной принцип построения АДМ-ФСС. В качестве важных инструментов приведены теория Ми и теория диэлектрического резонатора (ДР), которые ясно иллюстрируют, как они используются в конструкции FSS. Затем вводятся и рассматриваются несколько расчетных вариантов, включая ADM-FSS на основе диэлектрических частиц и ADM-FSS на основе диэлектрических сетей. После обсуждения этих двух типов ADM-FSS мы рассмотрели существующие методы изготовления, которые используются при создании экспериментальных образцов. Наконец, обсуждаются проблемы и проблемы, связанные с методами быстрого изготовления и дальнейшими аспектами развития. 1. Введение Частотно-селективная поверхность (ЧСЧ) представляет собой разновидность периодической структуры, которую можно использовать в качестве пространственных фильтров для передачи или отражения электромагнитных (ЭМ) волн с различными рабочими частотами, поляризациями и углами падения1,2. широко исследованы и применяются в областях микроволнового и миллиметрового диапазона для создания обтекателей, отражателей антенн, поверхностей с высоким импедансом, а также ЭМ-экранов и поглотителей. или их комплементарные структуры, напечатанные на подложке. Для практических приложений с ограниченным пространством субволновые элементы вместо гораздо более крупных традиционных элементов были предложены для проектирования миниатюрных элементов FSS. концепция метаматериала.10–13 В качестве альтернативы металлическим ФСС диэлектрические материалы могут использоваться для проектирования и изготовления ЧСС или фильтров. На самом деле, изучение использования диэлектриков в конструкции фильтров может начаться несколько десятилетий назад. Бертони и др.14,15 изучали частотно-селективные свойства пропускания периодически модулируемого диэлектрического слоя, который имеет меньшие потери на поглощение по сравнению с металлическими экранами в миллиметровых частотах. Парк и др. 16–18 представили волновод с диэлектрической решеткой для изучения фильтров, что вдохновило исследователей на разработку полностью диэлектрической фильтрации через периодические структуры в каркасе волновода с диэлектрической решеткой. Magnusson et al.19–24 разработали полностью диэлектрические структуры или фильтры, основанные на управляемом резонансе в диапазоне микроволновых и оптических частот. Недавно Бартон и соавт. разработали полностью диэлектрические ЧСС на основе управляемого резонанса на СВЧ-частоте.25,26 Их полностью диэлектрические ЧСС были успешно испытаны в полосе пропускания при высоком импульсном СВЧ с мощностью 45,26 МВт/м2 и без повреждений. Эти новаторские работы вдохновили исследователей на использование диэлектрических материалов в конструкции FSS. Диэлектрический материал представляет собой большой вид материала. Различные диэлектрические материалы обладают различными физическими свойствами, способными выполнять определенные функции в реализуемых приложениях. Например, композиционные материалы всегда обладают высокой механической прочностью, легко поддаются прецизионной механической обработке. СВЧ-керамика с близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (КЧФ) термостабильна,27–29 что делает ее пригодной для работы при большой мощности и высокой температуре. По сравнению с металлическими субволновыми элементарными ячейками, элементарные ячейки из диэлектрических материалов могут использоваться в более различных средах. Если мы объединим эти различные свойства в конструкции ЧСС, полностью диэлектрические ЧСС будут обладать более функциональными характеристиками, что позволит разработать больше технических приложений. Среди ценных физических свойств относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрических материалов может использоваться для модуляции характеристик передачи ЭМ искусственным путем, а именно путем создания полностью диэлектрического метаматериала. Большинство диэлектрических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями изготовлены из СВЧ-керамики. При использовании диэлектриков для изготовления полностью диэлектрических метаматериалов можно выбрать множество видов микроволновой керамики в соответствии с требованиями конструкции. Чжао и др.30 использовали легированный MgO Ba0:5Sr0:5TiO3 («r = 1600 ± 4:8iÞ) в качестве кубических резонаторов, связанных с металлическими проводами, для разработки полностью диэлектрического метаматериала. Лай и др.31 использовали коммерчески доступный объемный ZrO2 (чистота ¼ 94%, "r = 33 и тангенс угла потерь = 0,002) для создания отрицательной идентичности преломления через одиночные диэлектрические резонаторы (ДР). Лепети и др.32 использовали Ba0:4Sr0:6Ti0:95Mn0:05O3 ("r = 715 с 5 103 тангенс угла потерь) для проектирования и изготовления диэлектрического метаматериала. Они также экспериментально продемонстрировали резонансную эффективную диэлектрическую проницаемость, которая определяется второй модой резонансов Ми. Помимо изменения материалов, также предлагаются полностью диэлектрические элементарные ячейки метаматериала различной формы, такие как в виде палочек, 33–35 сфер, 36, 37 кубов, 38, 39 диски,40,41 и кольца,42 и т.д. Эти различные геометрии используются для генерации различных резонансных режимов, делая эффективную диэлектрическую и проницаемость отрицательными одновременно или соответственно. В рамках метаматериалов в последние годы были предложены и исследованы полностью диэлектрические метаматериальные ЧПС (АДМ-ЧПС) на основе керамических резонаторов с высокой диэлектрической проницаемостью. АДМ-ФСС представляет собой разновидность полностью диэлектрической ЧСС, в которой элементарные ячейки спроектированы с использованием элементов на основе метаматериалов. Ли и др. предложил ADM-FSS на микроволновых частотах на основе керамических резонаторов с высокой диэлектрической проницаемостью с заграждающей или полосовой характеристикой.43,44 Путем механической настройки ориентации керамических резонаторов Li et al. предложили реконфигурируемые полностью диэлектрические ЧСС с двумя соседними полосами заграждения.45 Они экспериментально показали, что ЧСС может переключаться между этими двумя полосами. Ю и др. продемонстрировал двухдиапазонный полосовой полностью диэлектрический FSS и ввел дополнительные цилиндрические DR для расширения полосы пропускания и повышения частоты среза.46 Эти работы показывают, что полосовые или заграждающие характеристики возникают из-за согласования или рассогласования импедансов, что вызвано способ связи электрического и магнитного резонансов. В этом обзорном документе у нас есть краткий обзор последних работ, касающихся ADM-FSS. Во-первых, мы суммировали основной принцип проектирования ADM-FSS. Затем даются полезные инструменты теории Ми и теории ДР, которые ясно иллюстрируют, как они используются при проектировании FSS. В соответствии с этими теориями дизайна представлены и рассмотрены несколько случаев проектирования. Здесь ADM-FSS делятся на два типа в соответствии с их составным характером, а именно ADM-FSS на основе диэлектрических частиц и ADMFSS на основе диэлектрической сети. После обсуждения этих двух типов ADM-FSS мы рассмотрели существующие методы изготовления, которые используются для создания экспериментальных образцов. Наконец, обсуждаются вопросы и проблемы, связанные с методами быстрого изготовления и дальнейшими аспектами развития. В этой статье показано, что диэлектрические материалы, особенно микроволновая керамика с высокой диэлектрической проницаемостью, являются приоритетными кандидатами на текущем этапе для изготовления ADM-FSS с различными характеристиками передачи. ……………… 5. Перспективы и выводы Как и обычные металлические FSS, ADM-FSS потенциально могут применяться в обтекателях, отражателях антенн, поверхностях с высоким импедансом и поглотителях. На данном этапе СВЧ-керамика с высокой диэлектрической проницаемостью является приоритетным кандидатом для изготовления АДМ-ЧСС с различными характеристиками пропускания. Для выполнения этой миссии СВЧ-керамика должна быть спечена с высокой механической прочностью. Таким образом, технологии изготовления керамики должны быть усовершенствованы. Чтобы получить четкие характеристики передачи, следует использовать методы формирования, такие как 3D-печать или печать с прямой записью, для изготовления керамических элементарных ячеек сложной формы. Эти работы имеют большое значение для развития ADM-FSS. Более того, как подчеркивается в этом обзоре, существует множество физических свойств, которые можно обнаружить у различных типов диэлектрических материалов. Диэлектрические материалы вместо металлических узоров позволяют добиться более функциональных характеристик конструкции ЧСС. Путем выбора подходящих диэлектрических материалов в ближайшем будущем должны быть предложены и изучены многофункциональные ADM-FSS для более практических применений. Например, керамика с высокой диэлектрической проницаемостью при высоких температурах может способствовать полезному применению в экстремальных условиях, в том числе в условиях высокой температуры, высокой мощности и сильной коррозии. Диэлектрические материалы с превосходной механической прочностью и высокой диэлектрической проницаемостью можно использовать для создания механических метаматериалов с частотно-селективными свойствами. С этим типом диэлектрического материала можно изготавливать устройства с комбинированными конструктивными и функциональными характеристиками, которые полезны для изготовления обтекателей ракет или самолетов. С прогрессом в исследованиях диэлектрических материалов68–71 могут использоваться другие типы диэлектрических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью в микроволнах или даже на более высоких частотах. Например, композитные материалы, водные растворы и органические растворители являются наиболее вероятными кандидатами из-за того, что их легче формировать и изготавливать. Благодаря возможности быстрого изготовления и реконфигурации диэлектрические материалы, состоящие из водных растворов, можно использовать для изготовления ADM-FSS в легко ломающихся средах. Чем больше возможностей с диэлектрическими материалами, тем выше будут функциональные характеристики АДМ-ФСС. Применение ADM-FSS может быть расширено с развитием диэлектрических материалов. В этой статье мы приводим краткий обзор недавнего прогресса в ADM-FSS. В рамках метаматериалов для проектирования АДМ-ФСС могут быть использованы диэлектрические материалы с различной относительной диэлектрической проницаемостью. Представлено и рассмотрено несколько расчетных вариантов, включая ADM-FSS на основе диэлектрических частиц и ADM-FSS на основе диэлектрических сетей. После обсуждения этих двух типов ADM-FSS мы рассмотрели существующие методы изготовления, которые используются для создания экспериментальных образцов. Наконец, обсуждаются вопросы и проблемы, связанные с быстрым изготовлением и дальнейшими аспектами разработки. В заключение, ADM-FSS широко изучался в последнее время. В сочетании с преимуществами диэлектрических материалов ADM-FSS демонстрирует свой большой потенциал в экстремальных условиях. При дальнейшем развитии может быть реализована многофункциональная ФСС. У диэлектрических материалов большое будущее в приложениях ADM-FSS.

2017

В работе исследовано влияние замещения (Al1/2Nb1/2)4+ на кристаллическую структуру, спектроскопию комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства в керамике Ba3,75Nd9,5Ti18O54 (BNT). Образцы после спекания в основном измеряли с помощью SEM, XRD и рамановского спектрометра. Результаты показали, что все образцы Ba3,75Nd9,5Ti18-z(Al1/2Nb1/2)zO54 (BNT-(AN)z) имеют орторомбическую структуру типа вольфрам-бронза. Параметры решетки образцов BNT-(AN)z уточняли по методу Ритвельда, при этом объем элементарной ячейки образцов уменьшался с увеличением z. Синий сдвиг спектральных пиков комбинационного рассеяния был подтвержден результатом уточнения Ритвельда. Кроме того, спектры комбинационного рассеяния света показали, что гибкие сети кислородных октаэдров стали жесткими под напряжением, а кислородные октаэдры стали более наклонными, что было приписано оккупационному беспорядку Al3+ и Nb5+, когда (Al1/2Nb1/2) 4+ заменял Ti4+. С увеличением значения z диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент резонансной частоты (tf) уменьшались. Керамика BNT-(AN)2, спеченная при 1375°С в течение 4 ч, показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 73,9, Qf = 13 177 ГГц и tf = ±0,3 ppm/C. Была проанализирована зависимость валентности связи B-сайта от комбинационного сдвига моды Ag, диэлектрической проницаемости (εr) и tf. 1. Введение В последние годы быстрый прогресс современных приложений беспроводной связи, таких как беспроводная зарядка, виртуальная реальность (VR) и технология автономного вождения, стимулировал разработку микроволновой диэлектрической керамики для удовлетворения потребностей микроволновых устройств, включая резонаторы, осциллятор и волноводы. [1,2]. Что касается микроволновых приложений, материалы должны иметь высокую относительную диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Qf) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (tf), которые необходимы для достижения высокой миниатюризации, интеграции и надежности в системе микроволновой связи. [3]. В течение десятилетий керамика на основе твердого раствора Ba6-3xNd8+2xTi18O54 вызывала растущий интерес благодаря высокому значению εr и высокому значению Qf и привлекала большое количество научных сотрудников для их изучения. В 1996 г. Негас [4] исследовал микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba6-3xNd8+2xTi18O54 при изменении значения x. Более того, многие ведущие ученые исследовали структуру тройных соединений BaO-Nd2O3-TiO2 различными методами анализа, и все они заявили, что кристаллическая структура керамики Ba6-3xNd8+2xTi18O54 содержит элементы вольфрамовой бронзы [5e8]. Как показано на рис. 1, блок перовскита 2 2 принял форму вольфрамово-бронзового типа, Ti4+ и O2 образовали титано-кислородные октаэдры [TiO6], затем Ba2+ и Nd2+ заняли позиции A1, A2 соответственно в титан-кислородных октаэдрах [TiO6 ] междоузлие. Сообщалось, что на значение tf ряда твердых растворов Ba6-3xNd8+2xTi18O54 влияет наклон октаэдров TiO6 [9e11]. Но их большое положительное значение tf (от +65 до +130 ppm/C) всегда тормозило их широкое использование [8,12,13]. Среди серии твердых растворов Ba6-3xNd8+2xTi18O54 дальнейшего внимания заслуживают отличные свойства керамики Ba3,75Nd9,5Ti18O54(x = 3/4) (BNT) (εr 80, Qf 9000 ГГц, tf ~70 ppm/C) [13,14]. ]. Модифицированные твердые растворы Ba6–3xNd8+2xTi18O54 изучались многими исследователями. Например, Ненашева и соавт. определили, что замена Zr4+ способствует снижению tf в керамике BaNd2Ti4O12, но приводит к ухудшению значений εr и Qf [15]. ……………… Позже Чанг [16] и Яо [17] синтезировали Ba4(Sm0.5Nd0.5)28/3Ti18O54 и Ba4Nd9.33-Ti18O54 с добавкой Al2O3. Хуанг и др. [18]. Сообщается, что состав (Ba1 xSrx) 4(Sm0,4Nd0,6)28/3Ti18O54 показал свойства εr = 93,2, Qf = 9770 ГГц, tf = + 4,56 ppm/C при x = 0,08. Кроме того, было много работ о свойствах и структуре нечистой керамики БНТ другими катионами, замещающими В-позицию (Ti4+), такими как (Cr1/2Nb1/2)4+ [14], Al3+ [9], (Mg1/3Nb2 /3) 4х [19] и так далее. Во всех этих работах не исследовалась связь между структурой керамики БНТ и их микроволновыми диэлектрическими свойствами с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния. Спектральный анализ комбинационного рассеяния керамики BNT-(AN)z имел бы важное значение для керамики BNT и установил модель для исследования модифицированной керамики. ………………… 4. Выводы Керамика BNT-(AN)z была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Рентгенограммы керамики BNT-(AN)z (z = 0e3) показали, что все образцы кристаллизовались в виде структурной фазы типа вольфрамовой бронзы, а на СЭМ-фотографиях наблюдались типичные столбчатые зерна. ЭДС-анализ зерен (A, B и C) убедительно доказал, что (Al1/2Nb1/2)4+ успешно заменяет Ti4+. Результаты уточнения по Ритвельду показали, что объем элементарной ячейки уменьшался при увеличении концентрации замещения (Al1/2Nb1/2)4+. Спектры комбинационного рассеяния подтвердили, что гибкие сети кислородных октаэдров стали жесткими под напряжением, а кислородные октаэдры стали более наклонными, что было приписано оккупационному беспорядку Al3+ и Nb5+, когда (Al1/2Nb1/2)4+ кристаллизуется в керамику BNT. Кроме того, синее смещение полос КР показало, что объем элементарной ячейки уменьшался с увеличением z. Значения относительной плотности, доли упаковки и Qf керамики БНТ-(АН)z при 1375°С в течение 4 ч имели одинаковую тенденцию: все они достигли максимального значения при z = 2. Для наклонно-октаэдрической структуры керамики БНТ-(АН)z , валентность связи сайта B увеличивалась с увеличением значения z, а диэлектрическая проницаемость и значение tf соответственно уменьшались, что в основном связано с более наклонными кислородными октаэдрами. Хорошие микроволновые свойства с εr = 73,9, Qf = 13,177 ГГц и tf = +0,3 ppm/C были получены для керамики BNT-(AN)2, спеченной при 1375 C в течение 4 часов.

2017

Составы керамики Li3(Mg1–xMnx)2NbO6 готовили традиционным методом твердофазной реакции. Было систематически исследовано влияние замещения Mn2+ на микроструктуру, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3(Mg1-xMnx)2NbO6. Рентгенограммы показали, что все образцы, спеченные при 1075–1200 °С, остались одной фазой с орторомбической структурой. Полученные микроволновые диэлектрические свойства показали, что соответствующее количество Mn2+, замещающее Mg2+, может значительно способствовать росту зерен и уплотнению керамики Li3Mg2NbO6. Значения диэлектрической проницаемости и Q×f сильно зависели от объемной плотности и размера зерна соответственно. А близкие к нулю значения τf могут быть реализованы в соединениях Li3(Mg1−xMnx)2NbO6 (0,02≤x≤0,08), спеченных при 1125 °С. Подводя итог, можно сказать, что образец x=0,02, спеченный при 1125°C в течение 4 часов, продемонстрировал превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr ~ 15,22, Q×f~110,582 ГГц, τf ~-4,57 ppm/°C, что продемонстрировало, что Li3(Mg0. Керамика 98Mn0,02)2NbO6 может быть новым термостабильным и высокодобротным материалом для микроволновых устройств. 1. Введение Диэлектрические материалы для СВЧ-диапазонов широко распространены в современном обществе с широким спектром применения от беспроводной связи до СВЧ-устройств [1–3]. По сравнению с объемными металлическими полостями, использовавшимися в ранних СВЧ-системах, СВЧ-диэлектрическая керамика имеет явные преимущества с точки зрения стоимости, размеров, массы, стабильности, эффективности, долговечности, прочности и простоты использования в практических приложениях [4, 5]. В связи с недавней революцией в мобильных телефонах и системах спутниковой связи, использующих микроволны в качестве несущей, исследования и разработка новой диэлектрической керамики с низкими потерями для микроволнового излучения стали одной из самых больших проблем в современном материаловедении [1]. Некоторые материалы, обладающие высокими показателями качества, были разработаны для коммерческого применения [6–8], при этом высокая температура спекания (>1300 °C) необходима для достижения отличных микроволновых диэлектрических свойств. В остальном многие СВЧ-материалы обладают превосходными диэлектрическими свойствами [9–11], но большие отрицательные значения τf сильно ухудшают стабильность рабочей частоты и ограничивают их дальнейшее применение в СВЧ-схемах. Поэтому поиск новых термостабильных и высокодобротных СВЧ-материалов остается актуальным в настоящее время. Как одно из структурных соединений каменной соли, керамика Li3Mg2NbO6 [12], спеченная при 1250°C, показала достаточно хорошие микроволновые диэлектрические свойства εr ~16,8, Q×f~79 643 ГГц, τf~-27,2 ppm/°C. И, насколько нам известно, большинство исследований керамики Li3Mg2NbO6 касалось снижения температуры спекания для применений LTCC. Например, Zuo и др. [13, 14] использовали составы 0,5 мас.% 0,17Li2O–0,83V2O5 для снижения температуры спекания керамики Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6 до 925°C, и керамика обладала превосходными диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне. εr ~14, Q × ƒ ~83 395 ГГц, τƒ ~−37,2 ppm/°C. Позднее им удалось скорректировать температурный коэффициент резонансной частоты керамики Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6 до близкого к нулю значения (τƒ~+1,5 ppm/°C) и снизить температуру спекания до 950 °C добавлением 30 мас. % добавки Ba3(VO4)2. Недавно Zhang et al. [15] также провели несколько исследований по низкотемпературному спеканию керамики Li3Mg2NbO6 и обнаружили, что 0,5 мас.% добавки стекла MgO–B2O3–SiO2(MBS) могут снизить температуру спекания до 925°C, а керамика имеет более предпочтительные микроволновые диэлектрические свойства εr ~ 14,5, Q × ƒ ~ 80 759 ГГц, τƒ ~ -20,7 ppm / ° C. Кроме того, Ву и др. [16] исследовали корреляцию между свойствами и структурой керамики Li3Mg2NbO6 на основе теории химической связи и подтвердили, что образец, спеченный при температуре 1225 °C, демонстрирует превосходные микроволновые свойства: εr ~ 14,94, Q×f ~ 100 965 ГГц и τf ~-21,96 м.д./°С. Тем временем Чжан и др. [17] сообщили о диэлектрических свойствах керамики Li3(Mg0,95A0,05)2NbO6(A=Ca2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+) и обнаружили, что значение Q×f может быть увеличено до 96,160 ГГц при 0,05 моль Са2+. К сожалению, образец имел большое отрицательное значение τf (-18,49 ppm/°C), что могло серьезно подорвать надежность СВЧ-системы. До сих пор имеется мало сообщений об изменении диэлектрических свойств керамики Li3Mg2NbO6 путем замещения позиций Mg. Также сообщалось, что замещение всегда изменяет диэлектрические свойства в зависимости от твердой растворимости замещающего элемента с исходным составом [18]. Кроме того, совместимость ионного радиуса, ионного заряда и структуры является необходимым условием для образования твердого раствора без существенного ухудшения требуемых свойств. Таким образом, в данной работе нам удалось изменить диэлектрические свойства, используя различное количество Mn2+, так как эффективные ионные радиусы Шеннона [19] Mg2+ (0,72 A CN=6) аналогичны Mn2+ (0,83 A CN=6). ), а ионный заряд Mg2+ равен заряду Mn2+. Кроме того, мы видели, что Mn2+ действует как хороший заместитель в составе (Mg1−xMnx)2TiO4 [20], значения Q×f керамики (Mg0,95Mn0,05)2TiO4 могут быть легко улучшены до сверхвысоких значений по сравнению с 250 000 ГГц и имеют совместимую диэлектрическую проницаемость и значение τf. Следовательно, стоит исследовать, может ли керамика Li3(Mg1-xMnx)2NbO6 проявлять эквивалентные или превосходящие свойства по сравнению с вышеуказанной керамикой на основе Li3Mg2NbO6 [12–17]. В настоящей статье обсуждаются микроструктура, фазовый состав и поведение при спекании керамики Li3(Mg1-xMnx)2NbO6 (0,02≤x≤0,08), а также влияние замещения Mn2+ на Mn2+ на микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3(Mg1-xMnx)2NbO6. также подробно исследуются. …………………… 4. Вывод Керамику Li3(Mg1-xMnx)2NbO6 (0,02≤x≤0,08) получают по обычному твердофазному реакционному пути. Детально изучено влияние замещения Mn2+ на микроструктуру, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3(Mg1−xMnx)2NbO6. Рентгенограммы показывают, что все эти композиции представляют собой одну фазу. Мы пришли к выводу, что небольшое количество Mn2+, замещающее Mg2+, играет важную роль в продвижении уплотнения и улучшении микроволновых диэлектрических свойств керамики Li3(Mg1-xMnx)2NbO6. Значения диэлектрической проницаемости и Q×f в значительной степени определяются объемной плотностью и размером зерна соответственно. Кроме того, близкие к нулю значения τf могут быть получены в соединениях Li3(Mg1-xMnx)2NbO6 (0,02≤x≤0,08), спеченных при 1125°C. Таким образом, образец Li3(Mg0,98Mn0,02)2NbO6, спеченный при 1125°C в течение 4 ч, демонстрирует превосходные микроволновые диэлектрические свойства εr ~15,22, Q×f~110 582 ГГц, τf ~-4,57 миллионных долей/°C, что доказывает, что это был бы многообещающий термостабильный и высокодобротный материал для микроволновых цепей.

2017

Новая температурно-стабильная микроволновая диэлектрическая керамика MgMoO4–TiO2 была приготовлена в твердофазном реакционном процессе при низкой температуре (950 ◦C). С увеличением содержания TiO2 относительная диэлектрическая проницаемость увеличивается, а значение Q × f уменьшается, и соответственно предлагаются механизмы изменения. Температурный коэффициент резонансной частоты (f) сдвигается в положительную сторону при добавлении TiO2. Предполагаются смешанные механизмы величины f для двухфазных композиционных материалов. Близкое к нулю значение f (3,2 ppm/°C) получается при x = 0,3, при εr = 9,13 ± 0,03 и Q × f = 11 990 ГГц. Композиты 0,7MgMoO4–0,3TiO2 считаются подходящими в качестве низкотемпературного совместного обжига керамического материала для приложений микроволновой беспроводной связи. 1. Введение С быстрым развитием индустрии высокочастотной связи микроволновая диэлектрическая керамика привлекла большое внимание для широкого спектра применений микроволновых компонентов, включая фильтры, резонаторы, антенны и волноводы [1–5]. Для удовлетворения потребностей в миниатюризации и интеграции СВЧ-устройств технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) считается многообещающим методом с производственной точки зрения [6–8]. В общем, микроволновая диэлектрическая керамика с низкой температурой спекания (30 000 ГГц) [12,13]. Однако все они имеют большое отрицательное значение f (от -46 ppm/°C до -87 ppm/°C), что не подходит для практического использования. Близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты может обеспечить термическую стабильность СВЧ-приборов при различных рабочих температурах [14]. Одним из эффективных способов достижения близкого к нулю значения f является добавление других соединений с противоположным значением f. Рутил TiO2 с большим положительным значением f (+460 ppm/°C) [15] успешно применялся в некоторых микроволновых диэлектрических керамиках с отрицательным температурным коэффициентом резонансной частоты [16–20]. Кроме того, поведение смеси композитной керамики оказывает значительное влияние на регулирование относительной диэлектрической проницаемости и значения f. Поэтому мы попытались продемонстрировать всестороннее исследование керамической системы (1-x)MgMoO4-xTiO2. В настоящей работе исследованы фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики (1–x)MgMoO4–xTiO2 в зависимости от содержания TiO2 (0 ≤ x ≤ 0,4). Исследована взаимосвязь между микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами. Предложены механизмы изменения относительной диэлектрической проницаемости, значения Q × f и значения f соответственно. …………………… 4. Выводы Керамика (1-x)MgMoO4-xTiO2 была приготовлена методом твердофазной реакции. Исследованы микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства образцов, спеченных при 950 ◦C. Анализы XRD и SEM показывают, что рутил TiO2 может сосуществовать с вольфрамитом MgMoO4. С увеличением x относительная диэлектрическая проницаемость постепенно увеличивается с 6,73 ± 0,04 до 9,97 ± 0,06, а значение Q × f монотонно уменьшается с 57 240 ГГц до 7980 ГГц. Отклонение между измеренной относительной диэлектрической проницаемостью и расчетным значением тесно связано с изменением микроструктуры. Предложены механизмы изменения относительной диэлектрической проницаемости и величины Q × f соответственно. Значение f изменяется от -79,7 частей на миллион/°C до 24,6 частей на миллион/°C вместе с содержанием TiO2. Предполагаются смешанные механизмы величины f для двухфазных композиционных материалов. Близкое к нулю значение f (3,2 ppm/°C) получено для x = 0,3, с εr = 9,13 ± 0,03 и Q × f = 11 990 ГГц. Композиты 0,7MgMoO4 − 0,3TiO2 считаются подходящими в качестве низкотемпературного керамического материала совместного обжига для приложений микроволновой беспроводной связи.

2017

В настоящей работе с помощью традиционного твердотельного реакционного метода была приготовлена новая серия водонерастворимых сверхнизкотемпературных микроволновых диэлектриков (Na, Ag)2MoO4. В среде (NaxAg2-x)MoO4 (0 ≤ x ≤ 2) в полном интервале составов образовался твердый раствор со структурой шпинели. При увеличении x от 0 до 2,0 объем клетки линейно уменьшался с 9,32 Å до 9,10 Å. Поведение при спекании описывалось с использованием так называемого эффекта «изгиба», а уплотнение достигалось при температуре ниже 420 oC для 0,5 ≤ x ≤ 1,2 с размером зерна от 1 до 5 мкм. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были получены для керамики (Na1.2Ag0.8)MoO4, спеченной при 410 oC, с диэлектрической проницаемостью ~ 8,1, СВЧ-добротностью ~ 44800 ГГц и температурным коэффициентом резонансной частоты ~ − 82 ppm/oC на 13,9 ГГц. . Серебро в составе твердого раствора ингибирует гидролиз керамики, а также снижает температуру ее спекания. По сравнению с температурой спекания традиционной микроволновой диэлектрической керамики (Al2O3, > 1400 oC) и обычной низкотемпературной керамики совместного обжига (< 960 oC), эта система сэкономит много энергии во время обработки и ускорит разработку устойчивых электронных материалов и устройств. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика играет важную роль в современных устройствах связи, при этом в исследованиях преобладает потребность в i), материалах с низкими потерями (высокое значение качества, Qf) и низкой диэлектрической проницаемости (εr < 5), ii), керамике с большим εr (>150) ; iii) материалы со сверхвысокой добротностью (> 100 000 ГГц), iv), более дешевые материалы, изготовленные из устойчивых оксидных ресурсов, и v), керамика с низкой температурой спекания, химически совместимая с недорогими металлическими электродами.1-5 Чтобы удовлетворить требования миниатюризации, интеграция и надежность, низкотемпературная технология совместного обжига керамики (LTCC) играет важную роль в производстве современных микроволновых устройств. Технология LTCC определяется как совместное сжигание диэлектрического и внутреннего слоев электрода.3,6 Для технологии LTCC требуется микроволновая диэлектрическая керамика с более низкой температурой спекания, чем температура плавления металлического электрода, например, 961 oC для серебра и 660 oC для алюминия, наряду с химическая совместимость. Большинство традиционных микроволновых диэлектрических керамических материалов имеют температуру спекания > 961 oC и, следовательно, требуют вспомогательных средств для спекания, таких как стекла и оксиды с низкой температурой плавления, для снижения температуры обработки, но это обычно связано с ухудшением Qf. 7-9 В последние годы большое внимание привлекла так называемая сверхнизкотемпературная технология совместного обжига керамики (ULTCC). В ULTCC микроволновая диэлектрическая керамика может быть уплотнена без спекания, поскольку она изготовлена из оксидов с низкой температурой плавления. Системы с высоким содержанием лития и ванадия, такие как BaTe4O9, спеченный при 550 oC с εr ~ 17,5, значением Qf ~ 54 700 ГГц и температурным коэффициентом частоты (TCF) ~ −90 ppm/oC,10 Bi2Mo2O9, спеченный при 620 oC с εr ~ 38, значение Qf ~ 12 500 ГГц и TCF ~ + 31 ppm/oC,11 (Li, Bi)(Mo, V)O4 с εr > 75, значение Qf > 8 000 ГГц.12 Такие низкие температуры спекания позволяют использовать Al в многослойном методе изготовления с совместным обжигом. В нашей предыдущей работе сообщалось о прототипе многослойного конденсатора с пятью активными слоями, спеченными при 640 oC с использованием Bi2Mo2O9 в качестве диэлектрика и Al в качестве электродного слоя. точка, ~ 795oC. Однако MoO3 является водорастворимым, и микроволновая диэлектрическая керамика на основе молибдата может страдать от разрушения поверхности из-за реакции с атмосферной влагой. Примеры водорастворимой молибдатной керамики включают Li2O-MoO3, Na2O-MoO3, K2O-MoO3 и т. д.16–18 Впервые Li2MoO4 был описан16 как микроволновая диэлектрическая керамика с εr ~ 5,5, значением Qf ~ 46 000 ГГц, TCF ~ −160 ppm/oC и низкой температурой спекания ~ 540oC. Впоследствии Кахари и др. [19] сообщили, что плотную керамику можно получить путем увлажнения порошков Li2MoO4 при 120 oC и давлении 130 МПа за счет перекристаллизации при испарении воды, что можно представить как гидротермальный метод, опосредованный давлением. Li2MoO4 также может быть использован для изготовления плотной композитной керамики, такой как Li2MoO4-TiO2, Li2MoO4-BaTiO3, а также органо-неорганических композитов при температуре < 150 oC.20-22 Очевидно, что водорастворимые микроволновые диэлектрические материалы могут играть важную роль в для нового низкотемпературного производства электронных материалов, но для приложений с высоким Qf, поверхности которых подвергаются воздействию окружающей среды, растворимость в воде неблагоприятна для достижения увеличенного срока службы. В предыдущей работе Bi2O3, Ag2O и ZnO эффективно подавляли гигроскопичность молибдатов, таких как Bi2Mo2O9, Ag2MoO4 и Li2Zn2Mo3O12 5,11,23. Нерастворимая в воде микроволновая диэлектрическая керамика имеет важное значение для промышленности, поскольку ее можно легко изготовить с использованием традиционного твердотельного реакционного метода. и с геометрией устройства, оптимизированной с помощью ленточной печати и трафаретной печати. В 2014 г. новый нерастворимый в воде NaAgMoO4 со структурой шпинели r ~ 7,9, Qf ~ 33 000 ГГц и TCF ~ -120 ppm/oC и спекался при 400 oC, что является самой низкой обычной температурой спекания, когда-либо зарегистрированной для ULTCC.14 Как правило, ULTCC происходят при низкой эвтектике. точечные оксиды. NaAgMoO4 представляет собой шпинель, структурированную с общей формулой A2BO4, в которой ионы кислорода образуют кубический плотноупакованный массив с 8 из 64 тетраэдров (Td) и 16 из 32 октаэдров (Oh), занятыми внутри структуры.24,25 Структура шпинели встречается повсеместно. , высокоадаптивные и многие материалы со структурой шпинели были широко изучены благодаря их магнитным,26 диэлектрическим27 и полупроводниковым свойствам.28 Помимо NaAgMoO4, Ag2MoO4 и Na2MoO4 также имеют структуру шпинели23,29,30. нерастворим по отношению к аналогам Li, Na и K. 31,32 Следовательно, составы в твердом растворе (Na,Ag)2MoO4 выглядят привлекательными, чтобы избежать реакции с окружающей влагой. Кроме того, изменение соотношения Na:Ag может приблизить TCF к нулю. Следовательно, этот твердый раствор считается идеальным для потенциального синтеза термостабильных композиций ULTCC, подходящих для применения в MW. …………………… IV. Выводы Таким образом, в керамике (NaxAg2-x)MoO4 (0 ≤ x ≤ 2), полученной методом твердофазной реакции, образовался твердый раствор со структурой шпинели. Объем клетки и длина связи Mo-O уменьшались с увеличением x. В диапазоне составов 0,5 ≤ x ≤ 1,2 керамика уплотнялась при температурах ниже 420 oC с микроволнами ɛr ~ 8, 30 000 < Qf < 44 800 ГГц и значениями между – 120 ≤ TCF ≤ – 82 ppm/oC. В сочетании с нашим предыдущим исследованием, иллюстрирующим химически совместимые с серебряными и алюминиевыми электродами, эти композиции могут сыграть важную роль в технологии ULTCC.

2018

Новая серия керамики (1-x)Li2ZrO3-xMgO со структурой каменной соли была приготовлена традиционным твердотельным методом. Тетрагонально-кубический фазовый переход можно наблюдать в случае 0,5≤x≤0,6, о чем свидетельствуют результаты РФА и СЭМ-ЭДС. Относительно плотная и однородная микроструктура может быть получена для всех композиций, спеченных при температуре 1500 °С. При увеличении значения x от 0,5 до 0,8 относительная диэлектрическая проницаемость линейно уменьшается от 16,50 до 12,65, а значение τf уменьшается от ~-10 ppm/°C до ~-35 ppm/°C. Добавление MgO стабилизирует кристаллическую структуру и увеличивает энергию связи в системе Li2ZrO3-MgO, поэтому наблюдается тенденция к увеличению значений Q·f от ~77 000 ГГц до ~166 000 ГГц. Как правило, керамика Li2Mg4ZrO7, спеченная при 1500 °C, обладает превосходными свойствами с εr=12,65, Q·f=165,924 ГГц и τf=-34,66 ppm/°C, что делает эти материалы хорошими кандидатами для микроволновых устройств. 1. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью играет важную роль в широком спектре приложений, от связи миллиметрового диапазона до подложек для микроволновых интегральных схем, которые способствуют развитию смежных отраслей, таких как Интернет вещей (IoT), спутники прямого вещания (DBS). и Глобальная система позиционирования (GPS). Для удовлетворения требований высокоскоростной передачи эти материалы должны обладать соответствующими относительными диэлектрическими проницаемостями (εr), более высокими добротностями (Q·f) и близкими к нулю температурными коэффициентами резонансной частоты (τf). Кроме того, для того, чтобы сделать эти материалы пригодными для практического применения, требуются более низкая температура спекания и затраты на подготовку [1, 2]. В последнее время тройная система Li2AO3-MgO (A=Ti, Zr, Sn) со структурой каменной соли привлекла большое внимание благодаря своим превосходным и регулируемым микроволновым диэлектрическим свойствам [3-16]. Например, серия керамики (1-x)Li2TiO3-xMgO была синтезирована в соответствии с частичной субсолидусной фазовой диаграммой, описанной А.Р. Запад [3-11]. Хотя относительная диэлектрическая проницаемость имеет тенденцию к снижению, значения Q·f значительно улучшаются при увеличении количества добавляемого MgO. В результате некоторые типичные соединения, такие как Li2MgTiO4 (εr=17,25, Q·ƒ=97 300 ГГц, τf=-27,2 ppm/°C, при 1360°C) [5] и Li2Mg4TiO7 (εr=13,43, Q·ƒ= 233 600 ГГц, τf=-27,2 ppm/°C, при 1600°C) [6] могут быть использованы для различных промышленных применений. Аналогичные исследования были проведены и в системе (1-x)Li2SnO3-xMgO, и значение τf удалось сместить с положительного на отрицательное значение при x=0,3 [12-16]. Однако сообщений о фазообразовании и диэлектрических свойствах в керамике (1-x)Li2ZrO3-xMgO было меньше. Сообщалось, что тетрагональная керамика Li2ZrO3, имеющая пространственную группу I41/amd, проявляет микроволновые диэлектрические свойства с εr=15,54, Q·ƒ=37,166 ГГц, τf=-26,60 ppm/°C [17]. С другой стороны, керамика MgO принадлежит к кубической системе с пространственной группой Fm-3m, которая хорошо известна как материал со сверхнизкими диэлектрическими потерями, несмотря на более высокую температуру спекания, а также более низкую диэлектрическую проницаемость [18]. Поскольку размер катиона Mg2+ (0,72 Å) подобен размеру катиона Zr4+ (0,72 Å) и Li+ (0,76 Å) при координационном числе 6, твердые растворы Li2ZrO3-MgO могут быть получены путем ионного замещения [12, 13, 19]. , 20]. Например, сообщается, что керамика Li2Mg3ZrO6 с кубической структурой, которую можно разделить на 0,25Li2ZrO3+0,75MgO, обладает превосходными диэлектрическими свойствами εr=12,17, Q·ƒ=113000 ГГц и τf=-17,13 ppm/°C [12]. , 13]. В нашей предыдущей работе было обнаружено, что керамика Li2MgZrO4 (0,5Li2ZrO3-0,5MgO) обладает тетрагональной структурой. Хотя образец показал более низкую относительную плотность (79,02%) при 1175 °C, он показал подходящие свойства с εr=12,30, Q·f =40,900 ГГц и τf=-12,31 ppm/°C [20]. Таким образом, в системе (1-x)Li2ZrO3-xMgO можно обнаружить тетрагонально-кубический фазовый переход, и ожидается, что составы x=0,50-0,75 будут иметь смешанные фазы. В этой работе было систематически исследовано влияние внутренних факторов и внешних факторов на микроволновые диэлектрические свойства керамики (1-x)Li2ZrO3-xMgO. Ожидается, что соответствующее соотношение Li2ZrO3-MgO обеспечит сбалансированные свойства для практического применения. … 4. Вывод Керамика (1-x)Li2ZrO3-xMgO (x=0,5, 0,6, 0,7, 0,75 и 0,8) была успешно получена традиционным твердотельным методом. Рентгенофазовый и ЭДС анализ показывают, что в составе х=0,5-0,6 может сосуществовать многофазность, а в случае х>0,7 появляется одна фаза с кубической структурой. Изменения микроволновых диэлектрических свойств вызваны преобразованием микроструктуры как решающего внутреннего фактора. Меньшая поляризуемость Mg2+ по сравнению с Zr4+ приводит к уменьшению относительной диэлектрической проницаемости, а локальное движение атомов или полиэдрические искажения могут вызывать значительное отклонение между εтео. и значения εr. Измененную кристаллическую структуру можно объяснить изменением энергии отдельных связей, которая играет основную роль в влиянии на значение Q·f. Хотя добавление MgO повышает стабильность индивидуальной связи, тенденция к снижению общей энергии связи элементарной ячейки рассматривается как основной фактор снижения значений τf. Кроме того, на микроволновые диэлектрические свойства также влияют внешние факторы, такие как кажущаяся плотность, вторые фазы и микротрещины. Вся керамика обладает теоретической плотностью более 90% при 1500 °C с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr~12,5-16,5, Q·f~77 000-166 000 ГГц и τf~-10 ppm/°C до -35 ppm/°C. . Кроме того, хорошее сочетание свойств можно обнаружить в керамике Li2Mg4ZrO7, спеченной при 1500 °C (εr=12,65, Q·f=165 924 ГГц и τf=-34,66 ppm/°C), что указывает на то, что система является подходящим кандидатом для дальнейшие исследования или промышленное применение.

2018

Солегированная Al/Nb микроволновая керамика SrTiO3 состава SrTi1–x(Al0,5Nb0,5)xO3 (x = 0,03, 0,05, 0,1 и 0,15) была синтезирована стандартным твердофазным реакционным методом. Замещение (Al0.5Nb0.5)4+ в положении B ингибирует восстановление ионов Ti4+ и рост размера зерен, затем ограничивается транспорт подвижных носителей заряда и, таким образом, улучшается значение добротности. Для керамики SrTi0,9(Al0,5Nb0,5)0,1O3, в дополнение к их высокой диэлектрической проницаемости (εr ~185), они демонстрируют, соответственно, высокое значение Qf (~9077 ГГц) на частоте 2,9 ГГц, что делает микроволновую керамику подходящей для для миниатюризации множества устройств и высокопроизводительной беспроводной связи. 1. ВВЕДЕНИЕ В последние несколько десятилетий распространение коммерческих беспроводных технологий привело к возрастанию требований к производительности высокочастотного оборудования и приложений, применяемых в микроволновом диапазоне. диэлектрической проницаемости (εr) и уменьшают диэлектрические потери диэлектрических материалов СВЧ.4–5 Поэтому диэлектрическим материалам с высокими εr и добротностью (Qf) уделяется большое внимание. В последнее время высокая Эта статья защищена авторским правом. Все права защищены. керамика SrTiO3 с диэлектрической проницаемостью была исследована6–7, однако относительно низкая Qf (~3000) сильно ограничивает их практическое применение. Связанные исследования показывают, что потеря кислорода происходит в большинстве материалов на основе титаната при высокой температуре спекания, что приводит к частичному восстановлению Ti4+ до Ti3+ и увеличению диэлектрических потерь. может улучшить микроструктуру и сдержать восстановление Ti4+ в материалах на основе титаната и, таким образом, улучшить диэлектрические свойства.11–12 Керамика на основе SrTiO3 для снижения диэлектрических потерь. Замещение комбинаций поливалентных катионов (Al0,5Nb0,5) 4+ сохраняет зарядовый баланс и стабильность структуры. Обсуждается влияние изовалентного замещения (Al0,5Nb0,5) 4+ на микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства SrTiO3, а также сравнительно изучается влияние границ зерен на свойства материалов. ……………… 4 РЕЗЮМЕ Солегированная Al/Nb микроволновая керамика SrTiO3 состава SrTi1–x(Al0,5Nb0,5)xO3 (x = 0,03, 0,05, 0,1 и 0,15) была синтезирована стандартным твердофазным реакционным методом. Рентгеноструктурный анализ показывает, что соединения со структурой перовскита получены для всех составов. Замена Ti4+ на (Al0,5Nb0,5) 4+ вызывает значительное изменение кристаллической структуры и микроскопической морфологии, что оказывает большое влияние на микроволновые диэлектрические свойства. Изовалентное легирование вводит больше подвижных носителей заряда и формирует потенциальные барьеры по обеим сторонам границы зерен. Потенциальные барьеры препятствуют транспортировке носителей, тем самым уменьшая ток утечки и приводя к уменьшению потерь проводимости. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства составляют εr ~185, Qf ~9077 ГГц на частоте 2,9 ГГц для керамики SrTi0,5(Al0,5Nb0,5)0,5O3.

2018

Методом твердофазной реакции были получены две Ag-содержащие СВЧ диэлектрические керамики AgCa2B2V3O12 (B = Mg, Zn) со структурой граната. Плотная керамика была получена при низких температурах спекания, 665 °С для AgCa2Zn2V3O12 и 730 °С для AgCa2Mg2V3O12. Их микроволновые диэлектрические свойства были впервые охарактеризованы и проанализированы с помощью коэффициента упаковки, валентности связей, октаэдрических искажений, спектров комбинационного рассеяния и инфракрасных спектров отражения. Оба соединения показали высокую химическую совместимость с Ag-электродами. Кроме того, термостойкая керамика с близкими к нулю температурными коэффициентами резонансной частоты (τf) была получена за счет формирования керамических композитов с CaTiO3. 1. Введение Недавно микроволновые диэлектрические свойства ванадатов граната A3B2V3O12 привлекли большое внимание благодаря их превосходным диэлектрическим характеристикам и потенциальным применениям в технологии низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC). Некоторые ванадаты граната имеют низкие температуры спекания (1300 oC) [9], разумно предположить, что низкая температура спекания ванадатов граната связана с низкой температурой плавления (~ 690 oC) оксида ванадия. Таким образом, представляет большой интерес поиск новых низкотемпературных СВЧ-диэлектрических материалов на основе ванадатов граната. К счастью, структурная сложность граната предоставляет большие возможности для дизайна композиции с широким диапазоном катионов, доступных для позиций A/B (A представляет собой 8-координационное положение, а B представляет собой октаэдрическое положение) [10-12]. Однако на сегодняшний день поиск низкотемпературных СВЧ-диэлектрических материалов в ванадатах граната не имеет конкретных рекомендаций по проектированию и почти основан на методе проб и ошибок. . Основываясь на заселенности катионами гранатов, приведенной в дополнительной таблице S1, можно сделать вывод, что структурная стабильность граната сильно зависит от эффективного ионного радиуса катионов A-(rA) и B-позиций (rB). Делается простой вывод, что структура граната может стабилизироваться при 0,92

2018

Используя твердофазный путь реакции, была приготовлена новая низкотемпературная микроволновая диэлектрическая керамика LiYGeO4, и были охарактеризованы фазовое развитие, термическая стабильность и диэлектрические свойства. Единая орторомбическая фаза LiYGeO4, образующаяся в интервале температур спекания 920–960 С, распадалась на Y2GeO5, GeO2 и Li2O при температуре спекания выше 960 С. LiYGeO4, уплотненный при 940 С/6 ч, имел относительную диэлектрическую проницаемость 9,41, добротность 18 860 ГГц (на частоте 12,8 ГГц) и температурный коэффициент резонансной частоты 27,7 ppm/C. Отрицательное значение sf было компенсировано композицией с CaTiO3, и керамика 0,97LiYGeO4-0,03CaTiO3 показала почти нулевое значение sf 1,37 ppm/C вместе с диэлектрическая проницаемость 9,83 и добротность 12 940 ГГц (на частоте 13,2 ГГц). Все достоинства делают LiYGeO4 многообещающим кандидатом для применения в высокочастотной связи и низкотемпературной керамике совместного обжига. 1. Введение В последнее время взрывной рост коммуникационных технологий расширил рабочую частоту до миллиметрового диапазона волн, чтобы удовлетворить количество и скорость передачи данных [1,2]. Скорость передачи в значительной степени связана с распространением сигнала, что положительно коррелирует с относительной диэлектрической проницаемостью [3]. Следовательно, существует настоятельная потребность в доступной керамике с более низкой диэлектрической проницаемостью (er < 1,5), чтобы избежать задержки распространения сигнала, а также минимизировать перекрестную связь с проводниками. Кроме того, технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) предлагает преимущества при изготовлении миниатюрных многослойных устройств, для которых также требуются низкотемпературные материалы в качестве вычетов [4]. Следовательно, в высокочастотных и LTCC-приложениях остро востребованы материалы с более низким коэффициентом теплопередачи и высокими характеристиками. За последние десятилетия некоторые материалы со структурой оливина A2BO4, например, Li2AGeO4 (A = Zn, Mg), M2GeO4 и M2SiO4 (M = Zn, Mg), были описаны как многообещающие кандидаты на материалы с более низкой диэлектрической проницаемостью [5–9]. Можно с уверенностью предположить, что их низкая диэлектрическая проницаемость обусловлена низкой ионной поляризуемостью ионов конституции, таких как Si (0,87 Å3) и Ge (1,63 Å3). Кроме того, большинство низколегированных материалов имеют высокую температуру спекания или большое значение |sf| значений, что в какой-то степени ограничивало бы их практическое применение. Кроме того, в качестве низкотемпературной керамики известны литийсодержащие оксиды, например Li4WO5, Li4Mg3Ti2O9 и Li2ZnGe3O8 [10–12]. Поэтому было получено и охарактеризовано литийсодержащее соединение оливина LiYGeO4 для поиска материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью с собственной низкой температурой спекания. Были подробно исследованы фазовое развитие, термическая стабильность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства. …………… 4. Выводы Получена новая микроволновая диэлектрическая керамика LiYGeO4 с орторомбической структурой оливина. Было проверено термическое разложение в LiYGeO4 и наблюдалось влияние второй фазы на микроволновые диэлектрические свойства. Были получены плотная керамика и превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с er = 9,41, Q f = 18 860 ГГц (на 12,8 ГГц) и sf = 27,7 ppm/C. В керамике 0,97LiYGeO4-0,03CaTiO3, спеченной при 950 °С в течение 6 ч, был получен близкий к нулю sf = 1,37 ppm/C с er = 9,83 и Q f = 12940 ГГц (на частоте 13,2 ГГц).

2018

В этой статье керамические системы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO (LSMxO) были приготовлены твердофазной реакцией с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере (x = от 0 до 4/7). При x=0 наблюдали чистый Li2SnO3, при x=1/7 сосуществовали Li2Mg3SnO6 и Li2SnO3, при x=1/5 и 1/4 наблюдали сосуществование трех видов фаз, включая примесную фазу Li4MgSn2O7. Чистая Li2Mg3SnO6-подобная фаза с кубической структурой каменной соли в пространственной группе Fm-3m была получена в диапазоне 1/3~4/7. Все образцы имели хорошо плотную и гладкую микроструктуру. Микроволновые диэлектрические свойства сильно зависят от фазового состава, валентности связи, полуширины спектра комбинационного рассеяния, сдвига комбинационного рассеяния, среднего размера зерна и октаэдрического искажения. Керамика LSMxO, спеченная при 1250 °C в течение 5 часов, обладала превосходными комплексными свойствами: εr = 15,43, Q×f = 80,902 ГГц и τf = +5,61 ppm/°C для x = 1/7. Как правило, керамика LSMxO, спеченная при 1350 °C в течение 5 часов, показала максимальную Q×f 168 330 ГГц для x = ½ 1. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика играет первостепенную роль в качестве ключевых компонентов микроволновых устройств, начиная от любых ручных терминалов и заканчивая базовыми станциями, благодаря быстрому развитию индустрии беспроводной связи 1. Чтобы удовлетворить специфический запрос связи и приложений пятого поколения (5G), эти керамические системы должны обладать регулируемой диэлектрической проницаемостью (εr), высоким коэффициентом добротности (Q×f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты ( тф) 2-4 . Были предприняты большие усилия для исследования новых керамических систем и изучения корреляции между структурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками. За последние полвека система Li2BO3-MgO (B=Ti, Sn), относящаяся к большому семейству структурных фаз каменной соли, привлекла некоторое внимание из-за явления фазового перехода порядок-беспорядок. В этом случае В системе Li2TiO3-MgO механизм замещения между Li/Ti и Mg был подтвержден многочисленными литературными данными 5-13, что может быть выражено как 2Li2+ + Ti4+3Mg2+. Замена Mg на Li/Ti приводит к трансформации упорядоченной сверхструктуры фазы Li2TiO3 из моноклинной в пространственной группе C2/c в неупорядоченную кубическую структуру в пространственной группе Fm-3m. По формуле Li2/3(1-x)Ti1/3(1- х)MgxO (0≤x≤1/2). В последнее время проводится много исследований структуры и микроволновых диэлектрических характеристик систем Li2/3(1-x)Ti1/3(1-x)MgxO, особенно Li2Mg3TiO6 со сверхнизкими потерями (εr =15,2, Q×f =152000). ГГц, а τf= -39 ppm/°C). Керамика Li2Mg3TiO6 со структурой каменной соли широко изучалась из-за ее превосходных характеристик на микроволновых частотах 9, 10 . Однако, что касается систем Li2SnO3-MgO, то имеются лишь отдельные сообщения об их фазовой структуре и микроволновых диэлектрических характеристиках 14-16. Например, Кастелланос и др. показали, что соединение Li2SnO3-MgO может образовывать твердый раствор, а Li4MgSn2O7 (L4MS2) может существовать в виде равновесной фазы 14 . Фу и др. сообщили о превосходных микроволновых диэлектрических свойствах фазы Li2Mg3SnO6 10 и заявили, что керамика Li2SnO3, совместно легированная MgO-LiF, может в конечном итоге сформировать фазу Li2Mg3SnO6 15 . Более того, в соответствии с теорией твердых растворов17 размеры катионов Li2SnO3 и MgO очень близки; ионные радиусы катионов R(Mg2+)=0,72 Å и R[среднее (Li, Sn)]=0,737 Å 18. Разность (ΔR) между R(Mg2+) и R[среднее (Li, Sn)]= 0,737 Å было рассчитано как 2,3%, что намного меньше 15%. Таким образом, MgO и Li2SnO3 способны образовывать твердые растворы. Как и в случае с системой Li2TiO3-MgO, вероятно, в интервале 0~4/7 будут существовать твердые растворы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO, а фаза Li2Mg3SnO6 должна принадлежать системы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO. На основании предыдущего обсуждения мы пришли к выводу, что формула Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO также может быть записана как Li2Mg3+ySnO3+y (y=0~4), где х равно у/(3+у). Соответствующие соотношения между Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO и Li2Mg3+ySnO3+y резюмируются следующим образом: Li2/3Sn1/3O (Li2SnO3(LS)), Li4/7Sn2/7Mg1/ 7O (Li2Mg0,5SnO3,5), Li8/15Sn4/15Mg1/5O (Li2Mg0,75SnO3,75), Li1/2Sn1/4Mg1/4O (Li2MgSnO4), Li4/9Sn2/9Mg1/3O (Li2Mg1,5SnO4,5), Li2/5Sn1/5Mg2/5O (Li2Mg2SnO5), Li4/11Sn2/11Mg5/11O (Li2Mg2,5SnO5,5), Li1/3Sn1/6Mg1/2O (Li2Mg3SnO6(L2M3S)) и Li2/7Sn1/7Mg4/7O (Li2Mg4SnO7), соответственно. В нашей текущей работе все образцы содержали определенное количество литиевых элементов. Обычно содержание лития серьезно испаряется в литийсодержащих материалах, когда образцы спекаются в условиях высокой температуры (см. прилагаемые дополнительные рис. 1 и рис. 2) 7, 10, 11, 19. Li-элемента серьезно ухудшит СВЧ-диэлектрические свойства, что также неблагоприятно для практического использования LSMxO в СВЧ-схемах. Таким образом, мы приняли химически стабильные порошки ZrO2 в качестве защитного материала для гранул Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO (0~4/7), которые должны быть захоронены, а порошки Li2CO3 были использованы для обеспечить обогащенную литием атмосферу для спекания, которая была совершенно новым методом спекания для микроволновой керамики. Кроме того, в этом исследовании фазовые структуры, кристаллические структуры, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO (0~4/7) были исследованы с помощью XRD, Метод уточнения Ритвельда, теория комбинационного рассеяния, SEM, EDX и теория валентности связи с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере. ……………… 4. Выводы В этой статье керамические системы Li2/3(1-x)Sn1/3(1-x)MgxO были приготовлены методом твердофазной реакции с использованием нового спекания в контролируемой атмосфере (x=0–4/7). Корреляции между фазовым составом, кристаллическими структурами и микроволновыми диэлектрическими свойствами систем LSMxO были систематически проанализированы и основаны на всестороннем использовании XRD, метода уточнения Ритвельда, теории комбинационного рассеяния, SEM, EDX и теории валентности связи. По результатам РФА, спектра КР, уточнения по Ритвельду, СЭМ и EDX-анализа при x=0 наблюдалась чистая фаза Li2SnO3 с преимущественной ориентацией роста зерен. Небольшой многоугольник Li2Mg3SnO6 и брусок Li2SnO3 в образцах сосуществовали при x=1/7. Было обнаружено сосуществование трех видов зерен для x=1/5 и 1/4, в которых крупные аномальные зерна были подтверждены как фаза Li4MgSn2O7. В интервале 1/3~4/7 для этих образцов была получена чистая Li2Mg3SnO6-подобная фаза с кубической структурой каменной соли в пространственной группе Fm-3m. Все образцы демонстрировали хорошие зерна и четкие границы, и было важно обнаружить, что образцы имели хорошо плотную и гладкую микроструктуру. Микроволновый диэлектрик свойства систем LSMxO сильно зависели от фазового состава, диэлектрической поляризации, валентности связи, полуширины рамановского спектра, рамановского сдвига, доли упаковки, средних размеров зерен и октаэдрической искажение. Значения εr от 9,98 до 16,9, значения Q×f от 56 747 до 168 330 ГГц и τf от -37,3 до +24,8 частей на миллион/°C наблюдались во всем диапазоне замещения. Важно отметить, что керамика LSMxO, спеченная в контролируемой атмосфере при 1250 °C в течение 5 часов, обладала превосходными комплексными свойствами: εr = 15,43, Q×f = 80,902 ГГц и τf = +5,61 ppm/°C для x = 1/7. Как правило, керамика LSMxO, спеченная в контролируемой атмосфере при 1350 °C в течение 5 часов, показала максимальное значение Q×f 168 330 ГГц, сопровождаемое εr 12,7 и τf -27,4 ppm/°C для x = 1/2.

2018

Новая низкотемпературная микроволновая диэлектрическая керамика BaCu(B2O5) с добавлением 0,6Ca3/5La4/15TiO3–0,4Li1/2Nd1/2TiO3 (сокращенно CLT–LNT) была приготовлена твердотельным способом. Исследовано влияние BaCu(B2O5) на фазовый состав, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства свежесинтезированной керамики CLT-LNT. Все образцы керамики CLT-LNT с добавлением BaCu(B2O5) имели однофазную орторомбическую структуру перовскита. BaCu(B2O5) резко снизил температуру спекания керамики CLT–LNT с 1400 до 930 °C. Благоприятные микроволновые диэлектрические свойства (εr=87,6, Q×f=6530 ГГц, τf=3,2 ppm/°C), а также максимальная относительная плотность (97,9%) были получены для CLT с добавлением 1,6 мас.% BaCu(B2O5). Керамика LNT спекается при 930 °C в течение 3 часов. Таким образом, такая новая керамика CLT-LNT с добавлением BaCu(B2O5) может быть многообещающим кандидатом для применения в низкотемпературной керамике совместного обжига. 1 Введение За последние несколько десятилетий произошло бурное развитие беспроводной связи в системах сотовой связи и спутниковой связи. Постоянно увеличивающаяся плотность упаковки СВЧ-компонентов, таких как фильтр, генератор и антенна, неизбежно приводит к увеличению объема микросхемы и значительному выделению тепла [1, 2]. Для обеспечения надежности компонентов и схем широко используется теплопроводный наполнитель для отвода нежелательного тепла [3–5]. Керамика с высокой теплопроводностью может быть лучшим выбором. В настоящее время технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) стала незаменимым подходом к производству для реализации миниатюризации и интеграции систем СВЧ-схем [6]. Для удовлетворения требований технологии LTCC диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью, высокой добротностью и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты должны быть хорошо спечены при низкой температуре (<961 °C) для совместного обжига с Ag [7–9]. Однако большинство известных коммерческих керамических материалов с большими значениями диэлектрической проницаемости и добротности имеют высокие температуры спекания. Чтобы решить эту проблему, легкоплавкие добавки для спекания, такие как оксиды, соединения и стеклянные фритты, обычно смешивают с керамическими материалами для снижения температуры спекания. Многие исследователи приложили огромные усилия. Фанг и др. снизили температуру спекания до 950 °С в керамике Ca0,35Li0,25Nd0,35Ti0,97Al0,03O3 добавлением 5 мас.% BaCu(B2O5) и получили оптимизированные микроволновые диэлектрические свойства: εr = 109,5, Q × f = 2979 ГГц, и τf=41,2 ppm/°C [10]. Рен и др. представили новый LTCC-материал с температурой спекания 875 °C на основе стекла CaO–B2O3–SiO2/керамики CaTiO3 [11]. Этот материал имеет следующие характеристики: εr = 25,7, Q × f = 7778 ГГц, τf = 3,7 ppm/°C, КТР = 6,9 ppm/K и теплопроводность λ = 3,4 Вт/мK. Чжан и др. исследовали влияние комбинированных добавок H3BO3–CuO–Li2CO3 на температуру спекания керамики Ca0,61Nd0,26Ti0,98Sn0,02O3 (УНТ) [12]. Комбинированные добавки H3BO3–CuO–Li2CO3 эффективно снизили температуру спекания керамики из УНТ с 1300 до 950 °С. Li0,5Nd0,5TiO3 (LNT) продемонстрировал эффективную компенсацию значения τf низкообожженной керамики из УНТ. Отличные диэлектрические свойства εr=90,6, Q×f=3400 ГГц и τf=9 ppm/°C были получены в керамике 0,4CNTS–0,6LNT с 5% масс. (H3BO3–CuO)–0,5% масс. Li2CO3, спеченной при 900°С. °С в течение 2 часов. (1-x)Ca0,6La0,8/3TiO3-xLi1/2Nd1/2TiO3 (0,4≤x≤0,6) — хорошо известный керамический материал для микроволновых применений благодаря его высокой относительной диэлектрической проницаемости, высокому коэффициенту качества и температуре, близкой к нулю. коэффициент резонансной частоты. Хорошая температурная стабильность (τf = 4,5 ppm/°C) с высокой диэлектрической проницаемостью 105 и значением Q × f 7000 ГГц была получена в образце, спеченном при 1400 °C в течение 4 ч при x=0,5 [13]. Между тем более высокое значение Q×f 7800 ГГц с τf=51,8 ppm/°C также было получено при x=0,4. Однако совместный обжиг с электродами с высокой проводимостью (например, Ag) при низкой температуре (≤950 °C) затруднителен. В соответствии с предыдущими исследованиями [14, 15] нами был получен новый LTCC-материал с высокой диэлектрической проницаемостью на основе керамики BaCu(B2O5)/CLT–LNT (0,6Ca3/5La4/15TiO3–0,4Li1/2Nd1/2TiO3). Исследованы температура спекания, фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. ……………… 4. Выводы Была изготовлена новая диэлектрическая керамика CLT-LNT с низкой обжигом и высокой εr для микроволнового излучения с добавлением BaCu(B2O5), и были исследованы поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики CLT-LNT с различным количеством добавки BaCu(B2O5). BaCu(B2O5) снизил температуру спекания керамики CLT–LNT с 1400 до 930 °C и улучшил ее уплотнение. Во всех образцах керамики CLT–LNT с добавлением BaCu(B2O5) второй фазы обнаружено не было. Керамика CLT-LNT с добавлением 1,6 мас.% BaCu(B2O5), спеченная при 930 °C в течение 3 ч, имела оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr=87,6, Q×f=6530 ГГц и τf=3,2 ppm/°C, что позволяет многообещающий материал для приложений LTCC.

2018

Керамика NaCl была приготовлена холодным спеканием при комнатной температуре с использованием увлажненного порошка NaCl с 4 мас.% воды и сухим прессованием с использованием обезвоженного порошка. При низком приложенном одноосном давлении относительная плотность сухопрессованной керамики NaCl значительно ниже, чем у холодноспекаемой, при этом первая составляет 98,5‒99,3 % и значительно выше второй (94,3‒94,6 %) при высоких температурах. приложенное давление 200‒300 МПа. Одноосная пластическая деформация под давлением преобладает при уплотнении сухой прессованной керамики NaCl, а также играет роль во время холодного спекания, а также в процессе растворения-осаждения. Низкая плотность керамики NaCl холодного спекания под высоким приложенным давлением объясняется попаданием воды в керамическое тело во время холодного спекания. Кроме того, присутствие воды всегда способствует микроструктурной однородности, что обуславливает гораздо более высокое значение Qf керамики из NaCl холодного спекания. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 5,55, Qf = 49 600 ГГц и τf = -173 ppm/oC получены в холодно спеченной керамике NaCl при приложенном давлении 300 МПа, что указывает на то, что она является многообещающим кандидатом в качестве микроволнового диэлектрический материал. 1 ВВЕДЕНИЕ Холодное спекание — это совершенно новый метод спекания, с помощью которого многие неорганические материалы могут быть уплотнены при экстремально низких температурах (< 300 oC) или даже при комнатной температуре в присутствии переходной жидкой фазы и одноосного давления. 1-6 Чрезвычайно низкая температура холодного спекания дает много существенных преимуществ, таких как значительное снижение энергопотребления и стоимости, возможность уплотнения керамики, нестабильной при более высоких температурах, и легкое соединение керамики с другими материалами, такими как металл и полимер. Поэтому холодное спекание сразу после своего появления привлекло к себе большое внимание. До сих пор холодное спекание использовалось для получения многих видов материалов, таких как микроволновая диэлектрическая керамика, 1,3,4,7 сегнетоэлектрическая и пьезоэлектрическая керамика, 2,8 полупроводниковая керамика, 9 твердые электролиты, 10 термоэлектрические материалы, 11 конструкционная керамика, 6,12 керамические клеи, 13 керамические полимерные композиты 4,9,14 и др. Процесс холодного спекания в присутствии нестационарной жидкой фазы и одноосного давления можно рассматривать как комбинацию методов спекания с усилением жидкой фазы и с усилением давления, и это касается многих сложных механизмов, которые еще недостаточно изучены. 2,5 Тем не менее, процесс растворения-осаждения, активируемый жидкой фазой, рассматривается как важнейший механизм холодного спекания, поскольку он значительно ускоряет массоперенос и делает возможным уплотнение при экстремально низких температурах. 2,5 В этой статье мы сообщаем об одноосной пластической деформации под давлением как о другом возможном важном механизме уплотнения во время холодного спекания. Этот механизм подтверждается сравнением характеристик уплотнения керамики NaCl, полученной с помощью холодного спекания и сухого прессования, и сообщалось, что керамика NaCl холодного спекания является диэлектрическим материалом для микроволнового излучения. 15 Кроме того, было исследовано влияние воды на уплотнение, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики NaCl, полученной путем холодного спекания. …… 4 ВЫВОД Плотную NaCl-керамику готовили холодным спеканием при комнатной температуре и сухим прессованием. Присутствие воды при холодном спекании увеличивает уплотнение керамики NaCl при низком одноосном давлении 50–100 МПа и значительно снижает конечную плотность при высоком приложенном давлении 200–300 МПа. В уплотнении сухопрессованной NaCl-керамики преобладает одноосная пластическая деформация под давлением, которая также играет роль, как и процесс растворения-осаждения при холодном спекании NaCl-керамики. Вода, захваченная в керамическом теле во время холодного спекания, является причиной более низкой плотности керамики NaCl, спеченной в холодном состоянии при высоком приложенном давлении. Присутствие воды во время холодного спекания всегда способствует микроструктурной однородности, которая отвечает за гораздо более высокое значение Qf керамики из NaCl холодного спекания. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 5,55, Qf = 49 600 ГГц и τf = -173 ppm/oC получены в холодноспеченной керамике NaCl при приложенном давлении 300 МПа, что указывает на то, что она является перспективным кандидатом в качестве микроволновый диэлектрический материал. Кроме того, ожидается получение почти полного уплотнения, однородной микроструктуры и хороших свойств одновременно за счет оптимизации содержания воды при холодном спекании некоторых видов керамики, в уплотнении которых преобладают процессы растворения-осаждения и пластическая деформация.

2018

Композит алюмохлорид-натрий (Al2O3-NaCl) (соотношение 1:1 в весовых процентах (мас.%)) подвергают холодному спеканию при 120°С. Композит холодного спекания с уплотнением 96% имеет значения εr и tanδ 6,53 и 0,007 соответственно на частоте 1 МГц. Микроволновые диэлектрические свойства композита Al2O3-NaCl на частоте 5 ГГц составляют εr = 6,04 и tanδ 0,002 при значении τε +32 ppm/°C. Энергосберегающий процесс холодного спекания (CSP) указывает на возможность интеграции с полимерами, а также с металлами для изготовления электронных продуктов. 1. Введение Диэлектрические материалы, обладающие привлекательными свойствами, имеют большое значение в области беспроводной связи. Материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (εr) и низкими потерями (tanδ) могут увеличить скорость распространения сигнала в системах связи. Холодное спекание — очень полезный метод для разработки микроэлектронных устройств нового поколения. Основное преимущество процесса холодного спекания (ХСФ) заключается в том, что он обеспечивает быстрое уплотнение керамических материалов при чрезвычайно низкой температуре [1]. В CSP уплотнению способствуют жидкие растворители путем применения достаточного количества температуры и давления [2]. Растворение-осаждение является ключевым процессом в методе CSP [2]. CSP является недорогим и энергосберегающим методом изготовления плотной керамики. Низкотемпературное спекание позволяет включать керамику в полимеры [3]. Метод CSP был успешно применен к широкому спектру материалов, включая LiMoO4, Y2O3-ZrO2, Na2Mo2O7, K2Mo2O7, (1-x)Li2MoO4-xPTFE, Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3 (LAGP), V2O5, ZnO, силлиманит и др. [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]. Недавно Funahashi et al. сообщили о возможности интеграции термоэлектрических оксидов n-типа и p-типа и разделительного изолирующего слоя для демонстрации функциональных многослойных термоэлектрических генераторных устройств с помощью метода CSP [9]. Оксид алюминия является хорошо известным диэлектрическим материалом, обладающим удивительными диэлектрическими, тепловыми и механическими свойствами [11, 12, 13]. Молла и др. исследовали влияние легирования Mg на диэлектрические свойства Al2O3 [14]. Величины εr, Q×f и τf нанокерамики α-Al2O3 без спекания при 1550°C в течение 4 ч составили 10, 521000 (при 14 ГГц) и 48,9 ppm/°C соответственно [13]. Влияние пористости и размера зерна на микроволновые диэлектрические свойства Al2O3 было подробно исследовано Penn et al. и они пришли к выводу, что когда размер зерна Al2O3 превышает 3-4 мкм, значение tanδ увеличивается, но значение εr остается постоянным с размером зерна [15]. Осато и др. сообщили, что использование порошка оксида алюминия высокой чистоты может дать Q×f 680 000 ГГц с εr 10,1 и температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) -60 ppm/°C при спекании при 1550°C [16]. В настоящей статье мы сообщаем о микроволновых диэлектрических свойствах холодно спеченного композита оксида алюминия и хлорида натрия, где NaCl выступает в качестве вспомогательного средства для спекания. 2. Экспериментальный Глинозем (Al2O3) (99,9 %, <10 мкм, Sigma Aldrich) и хлорид натрия (NaCl) (99%, SD Fine Chem Ltd (SDFCL)) использовали для настоящего исследования. Соотношение 1:1 (по весу процент (мас.%)) поддерживали между NaCl и Al2O3 для приготовления плотного Композит NaCl-Al2O3. Композит Al2O3-NaCl готовили следующим образом. увлажняли деионизированной водой с концентрацией 4 мас. %, а затем к ней добавляли Al2O3 для получения полутвердая паста. Затем композит Al2O3-NaCl подвергали горячему прессованию с использованием штампа, установленного при температура около 120°С (50 мин) и давление 200 МПа. Термопара прилагается с помощью пресса зафиксировали температуру. Температура спекания в холодном состоянии спеченный композит Al2O3-NaCl оптимизирован после нескольких методов проб и ошибок и также путем нахождения плотности и сравнения с теоретической плотностью составной. Можно применить более высокое давление с дальнейшим снижением температура спекания. Влага, присутствующая в композите, была удалена за счет холодного спекания. Композит Al2O3-NaCl в сушильном шкафу с горячим воздухом при 120°C в течение 24 часов. Фазовый состав Al2O3- NaCl исследовали с помощью РФА (CuKα-излучение, дифрактометр PANalyticalX’Pert PRO, Нидерланды). Микроструктура поверхности излома холодного спекания Al2O3-NaCl спекания при 120 °C, регистрировали с помощью сканирующего электронного микроскопа (JOEL-JSM 5600 LV, Токио, Япония и Цейсс, Германия). Размеры холодноспеченного Al2O3-NaCl Композит определяли с помощью цифрового винтового манометра, а вес – с помощью полумикронной шкалы. весы для взвешивания (Shimdazu, AUW220D, Япония). Холодноспекшийся Al2O3-NaCl композит диаметром 11 мм и толщиной 1,5 мм, покрытый серебряной пастой с обеих сторон стороны использовались для измерения радиочастотных диэлектрических свойств. Тонкий Для изготовления использовались листы размером 40 мм × 40 мм и толщиной 0,6 мм. микроволновые измерения композита Al2O3-NaCl с помощью диэлектрика Split Post Резонаторный метод (SPDR) на частоте 5 ГГц. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (τε) определяли, выдерживая образцы внутри SPDR 5 ГГц в диапазоне температур 25°С-60°С. Диэлектрические измерения проводились в атмосфере воздуха на переменном токе. номер. …………. 4. Вывод Композит Al2O3-NaCl успешно подвергнут холодному спеканию при 120°С и проведены его структурные и микроструктурные исследования. Композит имеет 96% уплотнение. Низкая частота εr = 6,53 и tanδ = 0,007. Композит Al2O3-NaCl демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr = 6,04 и tanδ 0,002 при значении τε +32 ppm/°C на частоте 5 ГГц. Низкотемпературное спекание Al2O3 с использованием вспомогательного вещества для спекания NaCl может быть потенциальным кандидатом для будущих применений подложек.

2018

В данной работе микроволновая диэлектрическая керамика Mg2-xCuxSiO4(x = 0–0,40) была приготовлена методом твердофазной реакции. По сравнению с образцом Mg2SiO4 образцы Cu-замещенного Mg можно было спекать при более низкой температуре. В керамике Mg2-xCuxSiO4 присутствуют композитные фазы Mg2SiO4 и небольшое количество MgSiO3. Ион Cu2+ представляет собой твердый раствор с фазой Mg2SiO4 и преимущественно занимает позицию Mg(1). Искажение октаэдра MgO6 было модифицировано ионами Cu2+, что привело к положительному изменению значений температурного коэффициента резонансной частоты (τf). Отличные микроволновые диэлектрические свойства εr = 6,35, высокая Qf ~ 188 500 ГГц и почти нулевая τf = -2,0 ppm/°C были достигнуты при x = 0,08 при спекании при 1250 °C в течение 4 часов. Таким образом, изготовленная керамика рассматривалась как возможные кандидаты для применения в устройствах миллиметрового диапазона. 1. Введение В последнее время диэлектрические материалы привлекли значительное внимание благодаря их практическому применению в микроволновой связи. В практических приложениях важными характеристиками, требуемыми для материала, используемого в микроволновой связи, являются следующие. а) диэлектрическая проницаемость должна быть низкой, чтобы сократить время задержки сигнала, а Qf должна быть как можно выше; и (б) микроволновая керамика должна одновременно требовать близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты (τf) и столь же низкой температуры спекания. Керамика Mg2SiO4 широко исследовалась из-за ее низкой диэлектрической проницаемости (εr = 6–7) и высокого значения Qf (∼240 000 ГГц). Однако чистая керамика Mg2SiO4 обладает в основном отрицательными температурными коэффициентами резонансной частоты (τf = −67 ppm/°C) и требует высокой температуры спекания (1350–1450 °C), что напрямую ограничивает ее практическое использование [1–3]. Для доведения значения τf до нуля добавляли TiO2 (τf ∼ +450 ppm/°C) и CaTiO3 (τf ∼ +850 ppm/°C) [3–5]. Кроме того, было проведено несколько методов снижения температуры спекания, включая добавление легкоплавких оксидов или стекла [6–9]. Однако эти добавки могут привести к ухудшению СВЧ-диэлектрических свойств или значительно увеличить возможность химического взаимодействия с металлическим электродом из-за появления неожиданных вторичных фаз. В общем, диэлектрические потери и температурная стабильность этой керамики тесно связаны со структурой кристалла. Катионное упорядочение и наклон кислородных октаэдров являются основными структурными особенностями, влияющими на микроволновые диэлектрические свойства этих материалов [10]. Ранее сообщалось, что τf будет зависеть от средней октаэдрической дисторсии в керамике на основе Mg [11]. Кристалл Mg2SiO4, представляющий собой орторомбическую структуру, принадлежащую пространственной группе Pbnm, состоит из изолированных тетраэдров SiO4, окруженных октаэдрами MgO6, занимающими позиции двух различных симметрий (Mg(1)O6 и Mg(2)O6). Позиция Mg(1)O6 немного меньше и уплощена вдоль оси третьего порядка. Позиция Mg(2)O6 несколько крупнее и значительно более искажена. Учитывая, что Si4+ почти всегда стехиометричен, в двух октаэдрических позициях происходят изменения состава. Таким образом, можно эффективно регулировать значения τf, изменяя среднюю октаэдрическую дисторсию MgO6. Замена катиона с меньшим ионным радиусом на ион с большим ионным радиусом улучшила микроволновые диэлектрические свойства. Для улучшения микроволновых диэлектрических свойств керамики Mg2SiO4 путем различных ионных замещений, таких как двухвалентные катионы Ni2+, Mn2+, ионы Ca2+ и Zn2+ и четырехвалентные ионы Ti4+ замещают ионы Mg2+ и Si4+ соответственно [1,12–15]. Однако эти материалы требуют высокой температуры уплотнения. CuO широко используется в качестве вспомогательного средства для спекания микроволновой диэлектрической керамики из-за его низкой температуры плавления (1086 ° C). Недавно в керамику BaSm2Ti4O12 и Mg(Zr0,05Ti0,95)O3 в качестве добавки для спекания был добавлен CuO для снижения температуры спекания [16,17]. Кроме того, одинаковый ионный радиус между ионами Cu2+ и позициями Mg изменяет среднее октаэдрическое искажение MgO6. В настоящей работе, учитывая низкую температуру плавления (∼1026 °C) CuO и близкие ионные радиусы Cu2+ (0,73 Å) и Mg2+ (0,72 Å), исследование более низкой температуры спекания и возможного улучшения микроволновых диэлектрических свойств в керамике Mg2SiO4 заменой Mg на Cu представляет значительный интерес. Керамика Mg2-xCuxSiO4 (x = 0–0,40) была приготовлена методом твердотельной керамики. XRD, уточнение XRD, SEM, спектры комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства были выполнены для оценки корреляции между составами, структурой и свойствами. ………………… 4. Выводы В настоящей работе керамика Mg2-xCuxSiO4 (x = 0–0,40) была приготовлена методом твердофазной реакции. Замещение ионов Mg2+ ионами Cu2+ оказывает очевидное влияние на структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Ионы Cu2+ равномерно распределяются по площади. Ионы Cu2+ преимущественно занимают позицию Mg(1), что подтверждается расчетами из первых принципов и уточнением РФА. Кроме того, частичное замещение ионов Cu2+ на ионы Mg(1)2+ увеличивает объем ячейки, изменяет длину связи и искажение октаэдра MgO6 фазы Mg2–xCuxSiO4. Эти структурные изменения в Mg2-xCuxSiO4 влияют на диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Значения εr увеличиваются с Cu-замещенным Mg. Между тем, значения Qf сначала увеличиваются, а затем уменьшаются с Cu-замещенным Mg, а также с увеличением температуры спекания. Искажение октаэдра MgO6 было модифицировано ионами Cu2+, что привело к благоприятному изменению значений τf. Примечательно, что твердый раствор Mg1,92Cu0,08SiO4 демонстрирует значительные преимущества при низкой температуре спекания (1250 °C), высоком значении Qf (∼188 500 ГГц) и малых отрицательных значениях τf (∼−2,0 ppm/°C) по сравнению с чистым Mg2SiO4. керамический. Таким образом, керамика считается возможным кандидатом на применение в устройствах миллиметрового диапазона.

2018

Высокодиэлектрическую СВЧ-керамику Ba1+1/M[Si2O5+1/M] с низкой диэлектрической проницаемостью получают традиционным твердотельным методом. Чистые фазы получаются в силикатах бария с М=1, 3, 4, 5 и ∞, кроме М=7, в котором наблюдаются две фазы Ba5Si8O21 и BaSi2O5. По мере увеличения сложности кристаллической структуры, описываемой шенноновской информацией на приведенную элементарную ячейку, значение τf имеет тенденцию изменяться от отрицательного до положительного значения, за исключением M=5, имеющего наибольшую сложность. Единственная фаза Ba5Si8O21 с пиком аномалии εr при −180 °C демонстрирует редкое положительное значение τf (+25 ppm/°C), что является новым компенсатором температуры. Введение Силикатная микроволновая диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15), такая как M2SiO4 (M=Ba, Zn, Mg, Co и Ni),1,2 (Sr1-xAx)2(Zn1-xBx)Si2O7 (A=Ca, Ba и B=Co, Mg, Mn, Ni), 3-6 MAl2Si2O8 (M=Ba, Sr и Ca), 7,8 Mg2Al4Si5O18, 9 Sr2Al2SiO7, 10 и LiRe9(SiO4)6O2 (Re=редкоземельные элементы) ,11 привлекли значительное внимание ученых, поскольку они могут быть использованы для различных приложений, таких как высокочастотные подложки, прозрачные для волн окна, диэлектрические антенны, высокоточные конденсаторы и компоненты миллиметрового диапазона. Низкая диэлектрическая проницаемость может уменьшить отражение на границе раздела воздуха и диэлектриков, свести к минимуму перекрестная связь с проводниками и сокращение времени прохождения электронного сигнала.12 Кроме того, требуется высокая добротность (Q×f) для повышения селективности и околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для обеспечения стабильности частота по отношению к изменениям температуры. Однако микроволновая диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью, как правило, демонстрирует большие отрицательные значения τf в соответствии с соотношением εr – τf. используется в обычных процессах на воздухе для контроля значения τf диэлектрической керамики с низкой диэлектрической проницаемостью. 16Иногда эта мера сталкивается с трудностями, включая (1) реакцию между примесями и матрицей, такой как TiO2 и Co2TiO4, с образованием CoTiO3 с отрицательным значением τf, 17 и (2) восстановление ионов Ti4+ при высокой температуре или восстановительной атмосфере, что резко ухудшает добротность. 18 Обнаружена однофазная низкодиэлектрическая микроволновая диэлектрическая керамика Ba5Si8O21 с аномально положительным значением τf. Керамика предоставит еще один вариант для достижения стабильных характеристик частоты или диэлектрической проницаемости в зависимости от температуры. В силикатах бария микроволновые диэлектрические свойства Ba2SiO4 (εr = 13,1, Q×f = 17 900 ГГц, τf = –17 ppm/°C) 19 и BaSi2O5 (εr = 7,1, Q×f = 15 040 ГГц, τf = –57,8 ppm/°C) 20 зарегистрировано. Другие силикаты бария с различным соотношением Ba/Si от 1:1 до 1:2 также проявляют низкодиэлектрические микроволновые диэлектрические свойства. Значения τf этих силикатов тесно связаны с кристаллической структурой и структурной сложностью. Концепция структурной сложности популярна в области минералов или кристаллов. Однако количественное определение сложности кристаллической структуры, которое описывается информацией Шеннона на уменьшенную элементарную ячейку, как показано в уравнении (1), до недавнего времени не было установлено: 21, 22 str － ∑ (1) ∑ k i mi v =1 = (2) где mi и v — кратность i-й кристаллографической орбиты и число атомов в приведенной элементарной ячейке соответственно; k — число кристаллографических орбит в структуре. Все структуры решетки силикатов бария включают тетраэдры [SiO4] и образуют тетраэдрическую цепочку или одномерную структуру для BaSiO3, Ba2Si3O8, Ba5Si8O21 и Ba3Si5O13 и слоистую или двумерную структуру для BaSi2O5. 22 Для 1-D и 2-D структур тетраэдрические цепи являются цвейеровыми, которые имеют два тетраэдра [SiO4] в своих повторяющихся звеньях. Следовательно, Ba1+1/M[Si2O5+1/M] можно использовать для описания силиката бария в соответствии с кратностью (или числом) одиночной силикатной цепи (M). 22 Слоистая структура BaSi2O5 состоит из бесконечного числа одиночных цепочек, т. е. M = ∞. В настоящей работе исследованы фазовый состав, структура решетки и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba1+1/M[Si2O5+1/M]. Установлена также связь между структурной сложностью и значением τf керамики с однофазной структурой. …………………………… 4. Выводы Ba1+1/M[Si2O5+1/M] в силикатах бария, спеченных при 1200–1300 °C в течение 3 ч на воздухе, может быть принят для описания силикатов в соответствии с кратностью (или числом) одиночной силикатной цепи (M) . Единая фаза может быть получена в керамике для М=1, 3, 4, 5 и ∞, соответствующей принятой статье. Эта статья защищена авторским правом. Все права защищены. к орторомбической BaSiO3, моноклинной Ba2Si3O8, моноклинной Ba5Si8O21, моноклинной Ba3Si5O13 и орторомбической фазе BaSi2O5 соответственно. Напротив, при М=7 в керамике наблюдаются смешанные фазы, включающие Ba5Si8O21 и BaSi2O5. Значение εr BaSiO3 (εr=11,1) значительно выше, чем у других составов, а его значение Q×f (Q×f=6600 ГГц) значительно ниже, что является результатом слабого сегнетоэлектрического эффекта в керамике BaSiO3. Значение εr несколько уменьшается с 8,2 (M=3) и 6,7 (M=∞) для керамики Ba1+1/M[Si2O5+1/M] (M > 1), а значение Q×f первоначально уменьшается с 29 800 ГГц при M = 3 до 12 500 ГГц при M = 5, а затем постепенно увеличивается до 59 500 ГГц при M = ∞. По мере усложнения кристаллической структуры значение τf имеет тенденцию к изменению от отрицательного значения к положительному, за исключением М=5, имеющей одну фазу наибольшей сложности кристаллической структуры. Единственная фаза Ba5Si8O21 с пиком аномалии εr при −180 °C демонстрирует редкое положительное значение τf (+25 ppm/°C), что является новым компенсатором температуры. Особенно для M=5 фазовый состав и значение τf чувствительны к температуре спекания. При повышении температуры спекания от 1200 °С до 1250 °С достигается чистая моноклинная фаза Ba3Si5O13, а значение τf изменяется от +37 ppm/°C до -36 ppm/°C. Таким образом, значение τf керамики Ba1+1/M[Si2O5+1/M] тесно связано со сложностью кристаллической структуры, фазовым составом, наклоном и искажением тетраэдров [SiO4].

2018

Керамика Zn0,9Mg0,1TiO3-ZnNb2O6 (ZMT-ZN) впервые синтезирована и успешно охарактеризована, а фазовый переход во вторичные фазы в значительной степени сдерживается введением наноингибиторов ZnO. Отличные микроволновые диэлектрические свойства и оптимальное сочетание были достигнуты для керамики, спеченной при 1100 °C, т. е. εr = 27,5, Q × f = 75000 ГГц, τf = -3,8 ppm/°C. В частности, сравнительно изолированные прослойки рассматривались как ключевой механизм, препятствующий транспортировке или переносу дефектов и поверхностных поляризационных зарядов. Учитывая достоинства легкости, низкой стоимости и простоты процесса, эта серия керамики ZMT-ZN является многообещающим новым кандидатом для устройств сверхнизкого СВЧ. В связи с растущим коммерческим и научным интересом микроволновая диэлектрическая керамика с превосходными свойствами сыграла важную роль наряду с быстрым развитием беспроводной и спутниковой связи за последние несколько десятилетий. Подходящая диэлектрическая проницаемость εr, высокая добротность Q×f или низкие диэлектрические потери tan δ вместе с хорошей температурной стабильностью τf становятся приоритетами в массовом производстве высокоскоростных цифровых электронных устройств, особенно в области беспроводной связи, например, резонатор, фильтр, дуплексер, мультиплексор, фильтр электромагнитных помех (ЭМП), патч-антенна, активный модуль антенны глобальной системы позиционирования (GPS) [1–3]. В то же время сверхнизкие потери или сверхвысокие добротности (Q × f N 40 000 ГГц), хорошая температурная стабильность с близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (TCF) занимают первостепенное место в сохраняют максимальную интенсивность сигнала, а также разрешающую способность по частоте и адаптируются к изменениям температуры окружающей среды [4]. Обычно TCF микроволновых диэлектрических материалов для приложений с высоким разрешением требуется ниже ±10 ppm/°C. Так, керамика на основе ZnNb2O6 (ZN) привлекает большое внимание своей чрезвычайно высокой добротностью. Однако относительно низкая диэлектрическая проницаемость (около 20) и плохая температурная стабильность (τf ~ −56 ppm/°C) препятствуют их применению в крупносерийном производстве и будущем миниатюризации [5–6]. Между тем керамика на основе ZnTiO3 обладает относительно высокой диэлектрической проницаемостью, что можно объяснить большой электронной поляризуемостью ионов Ti [7–8]. В частности, керамика ZnxMg1-xTiO3 (ZMT) обладает высокими эксплуатационными характеристиками благодаря превосходным свойствам [9] (Q × f N 60 000 ГГц, 0,1 ≤ x ≤ 0,4). В результате комбинация керамики ZN и ZMT может обеспечить сбалансированные свойства для различных применений. Однако, согласно нашим работам и связанным с ними ссылкам, керамика ZMT легко превращается во вторую фазу (Zn, Mg)2TiO4 при температуре выше 950 °C в обычном процессе спекания [9–11]. Что еще более важно, примесь фазы ZnTiNb2O8 также может быть легко получена, поскольку требуемая температура уплотнения для керамики ZN обычно составляет 1250 °C. Таким образом, керамика ZMT-ZN не может быть синтезирована в чистых фазах с использованием обычных подходов, а вторичная фаза оказалась неизбежной проблемой для применения. Кроме того, керамика ZMT также страдает от потери кислорода при спекании при высокой температуре (даже до 1400 °C для чистого компонента MgTiO3), в которой Ti4+ может частично восстанавливаться до Ti3+ и еще больше увеличивать диэлектрические потери. Более того, как известно, структура и состав могут эффективно изменять свойства материалов. И необходимо тщательно исследовать взаимосвязь между структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами, чтобы реализовать контролируемые высокие характеристики материалов. По совпадению, мы успешно получаем чистую фазу керамики Zn0,9Mg0,1TiO3 за счет инновационного введения наноингибиторов ZnO, которые подавляют зарождение и рост вторых фаз при температуре фазового перехода. Наконец, получена серия керамики ZMT-ZN с отличными свойствами, что делает эту систему перспективной для широкого применения в родственных электронных устройствах и компонентах.

2018

Методом твердофазной реакции были получены два диэлектрических материала с низкой диэлектрической проницаемостью Li2AGeO4 (A = Zn, Mg). Рентгеноструктурный анализ и уточнение Ритвельда показали, что обе керамики кристаллизуются в орторомбической структуре оливина с пространственной группой Pmn21. Получена плотная керамика с высокой относительной плотностью и однородной микроструктурой. Li2ZnGeO4, уплотненный при 1200 °С, обладал относительной диэлектрической проницаемостью εr = 6,5, добротностью Q×f = 35400 ГГц и температурным коэффициентом резонансной частоты. Li2MgGeO4 показал εr = 6,1, Q×f = 28 500 ГГц и τf = –74,7 ppm/°C при спекании при 1220 °C. Кроме того, большие отрицательные значения τf керамики Li2AGeO4 (A = Zn, Mg) были успешно компенсированы формированием композиционной керамики с CaTiO3, а близкие к нулю значения τf +2,9 ppm/°C и +5,8 ppm/°C были достигнуты в 0,92Li2ZnGeO4-0,08CaTiO3 и 0,90Li2MgGeO4-0,10CaTiO3 соответственно. 1. Введение Быстрое развитие беспроводной связи до миллиметровых волн, таких как электронная транспортная касса (ETC), сверхскоростная локальная сеть, автомобильная система предотвращения столкновений на интеллектуальной транспортной системе (ITS), в последние годы вызвало огромное развитие в микроволновых диэлектриках. В приложениях миллиметрового диапазона большое количество информации может быть передано с высокой скоростью [1–4]. Таким образом, требуются три основных показателя качества: низкая диэлектрическая проницаемость (εr), высокая добротность (низкие диэлектрические потери, Q = 1/tanδ) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [5,6]. Важно отметить, что время задержки сигнала пропорционально квадратному корню из диэлектрической проницаемости по формуле td = εl c r e (где td, le и c представляют собой время задержки сигнала, расстояние передачи и скорость света) [7]. Таким образом, для высокоскоростной передачи желательно низкое значение εr. Кроме того, низкая диэлектрическая проницаемость также сводит к минимуму перекрестную связь между подложками и проводниками и уменьшает задержку при приеме на большие расстояния. Поэтому разработка микроволновых диэлектрических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью для удовлетворения требований высокоскоростной передачи становится актуальной проблемой. За последние несколько десятилетий для приложений миллиметрового диапазона были разработаны многочисленные материалы с низким εr, такие как Al2O3, шпинель MAl2O4 и M2TiO4 (M = Mg, Zn) и форстерит M2SiO4 (M = Mg, Zn) [8–8]. 14]. Например, керамика Mg2SiO4, спеченная при 1550 °C, обладала превосходными СВЧ-диэлектрическими характеристиками с εr = 7,50, Q×f = 114 730 ГГц и τf = –59 ppm/°C [13]. Структура оливина имеет общую формулу A2BO4, в которой B4+ находится в центре изолированной тетраэдрической геометрии. По сравнению со структурой шпинели AB2O4, где ионы A, обычно двухвалентные, координируются четырьмя ионами кислорода, образуя тетраэдрический AO4, а ионы B, обычно трехвалентный, координируются шестью ионами кислорода, образуя октаэдрический BO6. Замена двух трехвалентных ионов B в шпинели AB2O4 одним двухвалентным ионом A и одним четырехвалентным ионом приведет к обратной структуре шпинели, такой как Mg[MgTi]O4 [15,16,17]. В последнее время большое внимание уделяется соединениям оливина M2GeO4 (M = Mg, Zn) из-за их низкой диэлектрической проницаемости и высокой добротности [18–20]. Например, орторомбическая керамика Mg2GeO4, спеченная при 1450 °С, имела низкую диэлектрическую проницаемость εr ∼ 5,48, добротность Q×f ∼ 11037 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты τf ∼ –27,61 м.д./°C [19]. Тем не менее, эти СВЧ-диэлектрические керамики с низкой диэлектрической проницаемостью, как правило, имеют высокие температуры спекания и большие отрицательные значения τf, что нежелательно для практических приложений. В последние годы сообщалось, что литийсодержащие оксиды используются в качестве низкотемпературной керамики, т.е. Li4Ti5O12 [21], Li2ZnTi3O8 [22] и Li2ZnGe3O8 [23]. Поэтому можно снизить температуру спекания M2GeO4 за счет введения в структуру оливина ионов Li+. Поэтому в исходный M2GeO4 мы ввели 2 иона Li+ вместо 1 катиона M для синтеза двух оливиновых керамик Li2MGeO4 (M = Zn, Mg) со структурой. И впервые были охарактеризованы их микроволновые диэлектрические свойства. Кроме того, CaTiO3 (τf ∼ +800 ppm/°C) использовали для формирования композиционной керамики с Li2MGeO4 для получения термостойких диэлектрических материалов. ……………… 4. Выводы Керамика Li2AGeO4 (A = Zn, Mg) с орторомбической структурой оливина была сформирована методом твердофазной реакции. Температура уплотняющего спекания керамики Li2ZnGeO4 составляет 1200 °C с относительной плотностью 98,5%, и при той же температуре достигаются наилучшие диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне с εr ∼ 6,5, Q×f ∼ 35 400 ГГц и τf ∼ –60,6 ppm/°. С. Керамика Li2MgGeO4, спеченная при 1220 °C в течение 6 часов, показала высокую относительную плотность 97,6% и отличные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr ∼ 6,1, Q×f ∼ 28 500 ГГц и τf ∼ –74,7 миллионных долей/°C. Кроме того, большие отрицательные значения τf керамики Li2AGeO4 (A = Zn, Mg) могут быть компенсированы формированием композитной керамики с CaTiO3.

2018

Малообжиговая и температуростойкая микроволновая диэлектрическая керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm) была приготовлена по твердофазной реакции. Рентгеновская дифракция (XRD) и сканирующая электронная микроскопия (SEM) использовались для исследования фазовой чистоты, кристаллической структуры, поведения при спекании и микроструктуры. Рентгенограммы показали, что керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm) относится к моноклинной кристаллической системе с пространственной группой P2 1/c во всем диапазоне температур спекания (800-900 o C). Обе керамики хорошо уплотнялись при 880 o C в течение 4 часов с относительной плотностью выше 96%. Образцы Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm), спеченные при 880 oC в течение 4 ч, показали отличные микроволновые диэлектрические свойства: r = 12,05, Q×f = 23 010 ГГц, f = –7,7 ppm/oC и = 12,19, Q×f = 27 120 ГГц, f = –16,2 ppm/°C соответственно. Кроме того, керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln=Nd, Sm) хорошо поддается совместному обжигу с серебряным электродом при 880 oC. 1. Введение Микроволновые диэлектрические устройства широко используются в диэлектрических резонаторах, диэлектрических фильтрах, диэлектрических антеннах и т. д.1, 2 В последние несколько десятилетий быстрое развитие беспроводной связи, такой как спутниковое вещание, радиолокационные ретрансляторы, беспроводные системы of Things (IoT) привело к обширным исследованиям микроволновой диэлектрической керамики с высокими характеристиками. 3 - 6 Для практических применений крайне необходимы соответствующая относительная диэлектрическая проницаемость (r), близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (f) для термической стабильности и высокий коэффициент качества (Q×f) для частотной избирательности. 7 - 1 0 Кроме того, чтобы удовлетворить быстро растущий спрос на миниатюризацию и интеграцию, технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) привлекла значительное внимание и получила широкое развитие. Технология LTCC стала важным шагом в производстве интегральных схем. Для применений LTCC диэлектрические материалы для микроволнового излучения в первую очередь должны иметь низкие температуры спекания для совместного обжига с обычно используемыми металлами с высокой проводимостью (например, 960 °C для Ag и 1083 °C для Cu). 1 1 - 1 4 В последнее время сообщалось о большом количестве диэлектрических материалов, не содержащих стекла, для низкотемпературного микроволнового воспламенения. Большинство из них основано на системах материалов с легкоплавкими компонентами, например, BiVO 4 , 15 BaCaV 2 O 7 , 1 6 Ca 5Ni 4(VO 4 ) 6 , 1 7 Mg 2SiO 4 . 18 В последние десятилетия сообщалось о хороших микроволновых диэлектрических свойствах некоторых ванадатных керамик на основе Ln. 1 9 -21 Например, керамика NdVO 4, спеченная при 1160 oC в течение 4 часов, обладала превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами: В работе охарактеризованы микроволновые диэлектрические свойства соединений в тройных вандатах BaO -Ln 2 O 3 - V 2 O 5 . Среди них Ba 2LaV 3 O11 привлек большое внимание в последние годы из-за его превосходных микроволновых диэлектрических свойств (r = 12,8, Q×f = 31 800 ГГц и f = –14,0 ppm/oC) и низкой температуры спекания ( 840°С). 2 2 Мы также обнаружили, что керамика Ba 2BiV 3 O11 может уплотняться при 870 oC и обладает хорошими диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне с r = 14,2, Q×f = 68 700 ГГц и f = –81,0 ppm/oC. 2 3 Это побуждает нас исследовать, обладают ли другие соединения в системе Ba 2LnV 3 O11 хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами. Поэтому в данной работе была приготовлена керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm) с попыткой разработать новую низкотемпературную керамику. Исследованы микроструктуры и микроволновые диэлектрические свойства. Их химическая совместимость с серебром (Ag) также была исследована. ……………………………… 4. Выводы Эта работа показала, что в процессе низкотемпературного спекания можно получить одну фазу Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm). Рентгеноструктурный анализ показал, что керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm) относится к моноклинной системе с пространственной группой P2 1/c во всем диапазоне температур спекания. Керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln=Nd, Sm) хорошо уплотнялась при температуре 880 oC с относительными плотностями выше 96%. Образцы Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm), спеченные при 880 oC в течение 4 ч, показали превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: r = 12,05 и 12,19, Q×f = 23 010 ГГц и 27 120 ГГц, f = –7,7 ppm/ oC и -16,2 ppm/oC соответственно. Кроме того, керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm) может быть подвергнута совместному обжигу с серебряным электродом при температуре 880 oC. Все результаты показывают, что керамика Ba 2LnV 3 O11 (Ln = Nd, Sm) является подходящим материалом для применения в LTCC.

2018

В текущем исследовании для изготовления высокоэффективной микроволновой диэлектрической керамики ZnGa2O4 традиционным твердотельным методом применялось только 5 мольных % Mn2+. Были систематически исследованы кристаллическая структура, распределение катионов и микроволновые диэлектрические свойства готовой Mn-замещенной керамики ZnGa2O4. Mn2+-замещение приводило к непрерывному расширению решетки. Рамановский анализ, анализ методом ЭПР и уточнение кристаллической структуры позволяют предположить, что Mn2+ преимущественно занимает тетраэдрическую позицию, и соединения сохраняют структуру нормальной шпинели. Экспериментальные и теоретические значения диэлектрической проницаемости керамики Zn1-xMnxGa2O4 хорошо совпадают. В целом, этот магнитный ион, Mn2+, может эффективно скорректировать значение τf почти до нуля и удвоить коэффициент качества с 85 824 ГГц до 181 000 ГГц керамики Zn1-xMnxGa2O4. Керамика Zn1-xMnxGa2O4 (x = 0,05), спеченная при 1400 °C в течение 2 ч, показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr = 9,7 (при 9,85 ГГц), Q × f = 181 000 ГГц, tanδ = 5,44 × 10–5 и τf = - 12 частей на миллион/°С. 1. Введение Низкокалиевые микроволновые диэлектрические керамические материалы давно исследуются в качестве систем беспроводной связи миллиметрового диапазона [1–5]. Требуется обладать низкой диэлектрической проницаемостью, высокой добротностью и близким к нулю температурным коэффициентом, чтобы эти материалы могли расширить ширину волны, достаточно использовать частотный ресурс и сократить время релаксации. И это имеет решающее значение для улучшения свойств интеллектуальных транспортных систем, превосходных сверхстабильных генераторов и сверхвысокоскоростных беспроводных локальных сетей. Соединения шпинели, один из типичных диэлектрических керамических материалов с низким содержанием K, с общей формулой AB2O4 или B(AB)O4, применяются во многих научных и коммерческих областях, таких как магнитные материалы, катализаторы, полупроводники, сверхпроводники и микроволновая диэлектрическая керамика. Распространенная шпинельная керамика для применения в миллиметровом диапазоне включает M2SnO4 [6–8], M2SiO4 [9–11] и MAl2O4 [12–15] (M = Zn, Mg). По сравнению с M2SnO4, M2SiO4 и MAl2O4 (M = Zn, Mg), MGa2O4 (M = Zn, Mg) [16–23] имеют высокие добротности свыше 90 000 ГГц, низкую температуру спекания и широкий диапазон температур спекания. Таким образом, шпинельные материалы MGa2O4 (M = Zn, Mg) являются перспективными кандидатами для применения в миллиметровом диапазоне. Однако кристаллическая структура этих двух шпинельных керамических материалов различна. Кристаллическая структура ZnGa2O4 и MGa2O4 представляет собой нормальную шпинель и частичную нормальную шпинель соответственно. В исследованиях изучались диэлектрические характеристики ZnGa2O4 [16–18], MgGa2O4 [19,20] и их твердых растворов, таких как (Zn, Mg)Ga2O4 [21] и Zn (Ga, Al)2O4 [22]. Все эти соединения представляют собой керамику со структурой шпинели, и исследователи полагали, что распределение катионов играет важную роль в повышении значения Q×f. Уточнение кристаллической структуры было применено для выяснения связи между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами MgGa2O4. Акинори Кан и др. используют уточнение кристаллической структуры для исследования материалов шпинели MgGa2O4 [20]. В их исследовании, несмотря на то, что относительная плотность составляет примерно 96%, керамика MgGa2O4 с инверсией 0,86° демонстрирует более высокие диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне, чем образцы с более высоким (0,88) или более низким (0,84) параметром инверсии. Такахаши [23] исследовал катионное распределение керамики Zn1–3xAl2+2xO4 (x = 0–0,2) со структурой шпинели с дефектными структурами и обнаружил, что промежуточная структура шпинели с преимущественной заселенностью тетраэдрических позиций трехвалентными катионами демонстрирует повышенную Q×f ценность. В случае ZnGa2O4 меньше исследований изучали взаимосвязь между распределением катионов и микроволновыми диэлектрическими свойствами. В наших предыдущих исследованиях соответствующее замещение меди может улучшить микроволновые диэлектрические характеристики ZnGa2O4, особенно значение Q×f, которое выросло с 85 824 ГГц до 131 445 ГГц. Более того, как спектрометрический анализ комбинационного рассеяния, так и уточнение кристаллической структуры показывают, что преимущественное заселение Cu2+ является октаэдрическим положением [24]. Вышеупомянутые исследования были в основном направлены на повышение добротности керамики со структурой шпинели, особенно соединений галлия. Однако в случае СВЧ-диэлектрической керамики ZnGa2O4 более высокое отрицательное значение τf, ~-60 ppm/°C, ограничило ее применение для миллиметрового диапазона. Поэтому важно настроить его значение τf близко к нулю. Обычно эти следующие два способа, замещение магнитным ионом и введение второй фазы с положительным значением τf, широко распространены для смещения большого отрицательного значения τf почти к нулю [25]. Хотя введение второй фазы с положительным значением τf может скорректировать значение τf почти до нуля, тем временем значение Q×f всегда будет уменьшаться. Таким образом, почти все коммерческие микроволновые диэлектрические продукты, представленные сегодня на рынке, регулируют τf за счет добавления различных количеств магнитных добавок, таких как Ni, Co и Mn, поскольку магнитные добавки могут одновременно повышать значение Q×f. Поэтому мы пришли к выводу, могут ли магнитные добавки скорректировать значение τf почти до нуля и одновременно улучшить другие диэлектрические характеристики. Так, в данной работе Mn был введен на уровне x = 0, 0,01, 0,05, 0,1 и 0,15, исследовано влияние предпочтительного заполнения узла и роли магнитного иона Mn на микроволновые диэлектрические свойства. …………… 4. Выводы В этой работе сообщалось об успешном изготовлении высокоэффективной керамики ZnGa2O4. Это было достигнуто за счет использования простого твердотельного метода с использованием MnCO3 для корректировки кристаллической структуры. Данные ЭПР, КР и РСА показали, что Mn2+ замещает Zn2+ в тетраэдрическом положении. Экспериментальная диэлектрическая проницаемость согласуется с теоретической диэлектрической проницаемостью керамики Zn1-xMnxGa2O4. Преимущественная занятость позиций Mn2+ и высокие относительные плотности приводят к высоким значениям Q × f. Значение Q × f составляло 181 000 ГГц, а значение τf было близко к нулю (–12 ppm/°C) после спекания образца при 1400 °C в течение 2 ч с крошечным MnCO3 (5 мол. %). Дальнейшее замещение марганцем ухудшит диэлектрические характеристики микроволнового излучения. В целом, это исследование предполагает, что замещение магнитным ионом Mn2+ является многообещающим методом как для повышения значения Q × f, так и для получения близкого к нулю значения τf керамики ZnGa2O4.

2018

Две низкотемпературные спеченные керамики NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) со структурой граната были синтезированы с помощью традиционного твердотельного реакционного пути, и их кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства были исследованы впервые. Уточнение рентгенограмм Ритвельдом показывает, что оба соединения принадлежат к кубической симметрии с пространственной группой Ia-3d. Наблюдаемое количество полос комбинационного рассеяния и предсказания теории групп также подтверждают кубическую симметрию с пространственной группой Ia-3d как для NPMVO, так и для NPZVO. При оптимальной температуре спекания 725°С НПМВО имеет относительную диэлектрическую проницаемость 20,6±0,2, добротность в ненагруженном состоянии (Quxf) 22800±1500 ГГц (f= 7,7 ГГц) и температурный коэффициент резонансной частоты +25,1±1 м.д./°С, в то время как НПЗВО имеет относительная диэлектрическая проницаемость 22,4±0,2, Quxf 7900±1500 ГГц (f=7,4 ГГц) и околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты -6±1ppm/oC при 650oC. Относительная диэлектрическая проницаемость соединений обратно пропорциональна соответствующим рамановским сдвигам. 1. ВВЕДЕНИЕ Современные системы связи требуют диэлектрической керамики с температурной стабильностью и жесткими диэлектрическими свойствами. Компактность, термическая стабильность, дешевизна производства, высокая эффективность и адаптируемость к микроволновым интегральным схемам (ИС) являются основными преимуществами керамических материалов перед другими материалами. Эта керамика имеет основное применение в области мобильной связи, спутниковой навигации, системы наведения и позиционирования, а также радаров и глобальной системы позиционирования. Эти материалы широко используются в качестве диэлектрических резонаторов, дуплексеров, диэлектрических волноводных и микроволновых подложек и т. д. Керамики с большими Q*f, почти нулевыми τf и εr в диапазоне от 20 до 100 используются для широкого диапазона применений от 800 МГц до 20 ГГц микроволновый спектр, который включает применение резонаторов/антенных подложек базовых станций, для которых требуется относительная диэлектрическая проницаемость в диапазоне от 20 до 50, применение подложек антенн с более высокой пропускной способностью, где 5 20 и 60 70 для приложений резонаторов базовых станций. Помимо этого, эти типы материалов находят широкое применение в области низкотемпературной технологии совместного обжига керамики, когда они химически совместимы с внутренними электродами, такими как Al/Ag. Для применения в диэлектрических резонаторах керамика должна обладать высоким коэффициентом качества без нагрузки (Quxf), что означает низкие диэлектрические потери для селективности, высокую диэлектрическую проницаемость (εr) для миниатюризации и нулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для температурной стабильности [1-7]. В обзоре литературы представлено множество диэлектрических материалов с подходящей относительной диэлектрической проницаемостью и высокими значениями Q*f [8] для различных применений, включая соединения, богатые Li2O, соединения, содержащие TeO2, соединения, богатые Bi2O3 и т. д. [9-16]. Себастьян и др. и Sreemoolanadhan et al. сообщили о нескольких диэлектрических резонаторах с содержанием Ti и Ba [17-20]. Из-за подходящей относительной диэлектрической проницаемости, высокого коэффициента качества и низкой температуры спекания ванадатные соединения считались многообещающими кандидатами для применения в микроволновой печи. Ван и др. сообщается, что керамика BVO4 (B = La, Ce), спеченная при 850 и 750°C, обладает диэлектрическими свойствами: εr = 14,2 и 12,3, Quxf = 48,197 и 41,460 ГГц, τf = -37,9 и -34,4 ppm/oC [21]. Суреш и др. сообщили о некоторых соединениях на основе ванадата, которые обладают очень высокими показателями качества. Среди них керамика Ba3TiV4O15, спеченная при оптимальной температуре спекания 800°C, имеет относительную диэлектрическую проницаемость 13,6, добротность без нагрузки 31800 и τf= 10 ppm/oC, а Ba3ZrV4O15, спеченная при 800°C, имеет относительную диэлектрическую проницаемость 10,7, Quxf= 30600 и τf= -102 ppm/oC [22]. Умемура и др. сообщили, что керамика Mg3(VO4)4, спеченная при 950oC/50ч, обладает относительной диэлектрической проницаемостью 9,1, Quxf= 64,142 ГГц и τf=-93,2 ppm/oC [23]. Ли и др. сообщили, что керамика Ca5Co4V5,95O24-0,1TiO2 имеет диэлектрическую проницаемость 13,7, Quxf=19,159 ГГц и τf=0 ppm/oC [24]. Керамика Ca5Mn4(VO4)6, спеченная при 875°C, показала диэлектрические свойства: εr=11,2, Quxf=33800 ГГц, τf=-70 ppm/°C [25]. Соединения с номинальным составом A3B2C3O12 известны как гранаты. В структуре граната доступны три различных позиции (А, В и С) для замещения самых разных катионов, где ионы С окружены четырьмя атомами кислорода с образованием тетраэдра СО4, ионы В расположены в октаэдрах. Тетраэдры и октаэдры имеют общие углы, образуя додекаэдры, в которых расположены ионы A [26]. Жуэт др. [27] сообщили, что керамика Na2BiMg2V3O12 спеченные при температуре 660 °C/4 часа демонстрируют превосходные диэлектрические свойства для микроволнового излучения, такие как εr=23,2, Quxf=3700 ГГц и τf=8,2 ppm/oC. Фанг и др. [28] сообщили, что NaCa2Mg2V3O12, спеченный при 915°C/4ч, имеет диэлектрическую проницаемость 10, Quxf=50600 и τf=-47 ppm/°C. Quxf=53300 и τf=-80ppm/oC. В 1975 году Неургаонкар и Хаммель сообщили о серии новых соединений граната в том числе NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) [30]. В поисках другого СВЧ-диэлектрического материала с низкой температурой спекания нами синтезирована керамика NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) и впервые исследованы ее кристаллическая структура и диэлектрические свойства. …………… 4. Выводы Однофазная керамика NaPb2B2V3O12 (B=Mg, Zn) была приготовлена обычным способом получения твердотельной керамики. Рентгенофазовый анализ и спектры КР подтверждают, что эта керамика имеет кубическую структуру граната с пространственной группой Ia-3d. Керамика НПМВО имеет относительную диэлектрическую проницаемость 20,6 ± 0,2 и высокую добротность без нагрузки (Quxf) около 22 800 ± 1500 ГГц и положительный температурный коэффициент резонансной частоты 25,1 ± 1 ppm/oC при оптимизированной температуре спекания. Керамика НПЗВО имеет относительно более высокую относительную диэлектрическую проницаемость 22,4 ± 0,2, добротность без нагрузки 7900 ± 1500 ГГц и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты -6 ± 1 ppm/oC, что делает их перспективными кандидатами для будущих приложений СВЧ-электроники.

2018

Сложная перовскитовая микроволновая диэлектрическая керамика (СВДК) типа A(B1/3′B2/3′′)O3 (A = Ba, Sr,…; B' = Mg, Zn,…; B" = Nb, Ta), проявляющая отличные диэлектрические свойства, в настоящее время широко используются в устройствах СВЧ и миллиметрового диапазона. Колебательные спектры, в том числе спектры комбинационного рассеяния и дальнего инфракрасного спектра (FIR), являются мощными инструментами для исследования атомных тепловых колебательных свойств MWDC и выявления внутреннего происхождения диэлектрических свойств. В этом обзоре динамика решетки и фононные характеристики MWDC типа A(B1/3′B2/3′′)O3 обобщены и подробно представлены, чтобы представить значительный прогресс в этой области и послужить руководством для разработки новых передовых МВЦ. Атомные позиции и соответствующие моды в спектрах комбинационного рассеяния и FIR идентифицированы и освещены. Влияние условий обработки и упорядоченных сверхструктур в наноразмерной области на колебательные моды суммируется системно. Внутренние свойства можно экстраполировать на основе результатов подгонки КИХ-спектроскопии, которые также обсуждались на основе соотношений Крамерса – Крёнига, трехпараметрической классической модели Лоренца и четырехпараметрической полуквантовой модели. Созданы корреляции между колебательными модами (фононами), кристаллическими структурами и диэлектрическими свойствами, которые могут помочь построить математические модели, чтобы лучше понять взаимосвязь структура-свойство MWDC. Введение В настоящее время системы беспроводной связи шагнули в микроволновый и миллиметровый (МВт, 300 МГц–3000 ГГц) диапазон частот, где в качестве конденсаторов, подложек и фильтров в беспроводных телекоммуникационных устройствах обычно используются перспективные функциональные керамические материалы [1–4]. Как правило, диэлектрические материалы, используемые в этих устройствах, называются микроволновой диэлектрической керамикой (MWDC), которые обычно имеют соответствующие диэлектрические постоянные (ɛr), качественные коэффициенты (Q × f) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансных частот (TCF/τf). Применение керамических материалов в различных компонентах СВЧ ускоряет дальнейшую значительную миниатюризацию устройств связи, требующую высоких диэлектрических проницаемостей (поскольку существует обратная зависимость между размерами резонаторов и εr , т.е. материалы с высокими диэлектрическими проницаемостями предпочтительнее из-за преимуществу уменьшения размера) с малым или нулевым ВКФ (  70 и т. д. [12–27]. Среди этих МВД комплексная перовскитная керамика типа A(B1/3′B2/3′′)O3 имеет два различных окисления элементы состояния на B-позициях, то есть Bƍ (двухвалентные) и BƎ (пятивалентные) ионы.Как правило, B-позиции, расположенные в центре кислородного октаэдра, заняты ионами переходных металлов и окружены более крупными ионами A-позиций. Множественные катионные замещения позиций A/B или обоих образуют сложные перовскиты. В соответствии с принципами химии сложная перовскитная керамика с формулой A(B1/3′B2/3′′)O3 может образовывать многочисленные соединения с разным d электрические свойства, комбинированный ионный радиус, коэффициент толерантности, валентность и т. д. [28]. Идеальная перовскитная керамика ABO3 имеет кубическую структуру с пространственной группой Pm3m и состоит из трехмерной (3D) сети октаэдров BO6 с общими углами, с катионом A-позиции, заполняющим 12 скоординированных полостей, т.е. отверстия. В SrTiO3 наблюдается классическая стандартная кубическая структура перовскита. Ионы Ti4+ расположены в углах, ионы Sr2+ — в центре кубов, а ионы O2– — в центрах 12 ребер куба, что дает октаэдрические цепочки TiO6 с общими углами [29]. Структура перовскита ABO3 очень гибкая и может вместить большинство металлических элементов периодической таблицы [30]. Другое описание связано с плотной упаковкой ионов A и O, так что слои AO3 располагаются друг над другом. Таким образом, при кубической укладке слоев AO3 октаэдрический катион B с общими углами может образовывать идеальную структуру перовскита [31–34]. Основываясь на ионных радиусах в позициях A/B, замена в позициях A и B может вызвать наклон кислородного октаэдра, что уменьшает объем кубооктаэдра до тех пор, пока он не адаптирует размер катионов A и не создаст несколько упорядоченных перовскитных структур. 32, 33]. На рис. 1 в качестве примера показана кристаллическая структура Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 (BMT). Маленькие сферы, средние сферы и большие сферы обозначают атомы кислорода, атомы Mg/Ta в октаэдре [TaO6] и атомы Ba соответственно, а катионы B занимают октаэдрические отверстия. Наклон октаэдра (BO6) снижает симметрию структуры [30]. В результате можно изменять диэлектрические свойства, регулируя степень наклона октаэдра BO6 [36], существование которого в керамике Ba1–xSrx (Mg1/3Ta2/3)O3 (BSMT) впервые было подтверждено Nagai et al. [37], а октаэдрический наклон в простом кубическом перовските был также исследован Глейзером [38] и Александровым [39]. Кроме того, корреляция между τf и наклоном октаэдра была изучена Reaney et al. [40] в упорядоченной комплексной перовскитовой керамике на основе Ba и Sr в соотношении 1:2. Впоследствии новые модели были разработаны Nagai et al. [41] для изучения октаэдрического наклона в упорядоченных структурах 1:2. Две области в керамике Ba1-xSrx(Mg1/3Nb2/3)O3 (BSMN) были обнаружены Lee et al. [37, 42]: упорядоченные 1:2 тригональные структуры без/с октаэдрическим наклоном [43]. На упорядочение B-сайтов заметное влияние оказывают ионный радиус и электровалентность катионов Bƍ и BƎ. В зависимости от различий ионного радиуса и электровалентности катионов Bƍ и BƎ эти соединения могут адаптироваться к упорядоченной или неупорядоченной структуре. В частности, сложные перовскиты с неидеальными расстояниями связи A–O и B–O и искаженной некубической симметрией имеют значение для будущего развития микроволновой связи в высокочастотной связи. Упорядочивание приводит к тригональной элементарной ячейке, ось с которой проходит вдоль направления 111 исходного перовскита с последовательностью слоев Bƍ–BƎ–BƎ–Bƍ…, что называется дальним порядком (LRO). Соответствующие параметры элементарной ячейки равны a ≃ 2 ac и c ≃ 3ac , а пространственная группа впоследствии меняется на P3 ¯m1 (D3d 3 , тригональная квазислоистая структура). В исследовании Takahashi et al. В работе [44] были приняты четыре возможные упорядоченные модели 1:2 для BMT с пространственными группами: P3 ¯m1 (164), C2/m (12), Cmcm (63) и P21/m (11), в которых Mg2+ / Ионы Ta5+ располагаются в разных направлениях. На основе первопринципных расчетов наиболее стабильной является упорядоченная БМП 1:2 с симметрией P3 ¯m1 (164). Компенсация заряда в кубической фазе получается только в среднем, если ионы B-позиции распределены случайным образом, что называется неупорядоченной структурой [45], т.е. эффективной средней симметрии соответствует простая структура перовскита Pm3 ¯m(Oh 1 ) пространственная группа с a ≃ ac , в которой катионы A находятся в положениях (0, 0, 0), в то время как Bƍ и BƎ имеют общие (1/2, 1/2, 1/2) и атомы кислорода центрируют грань (1/ 2, 1/2, 0). Однако, в зависимости от природы катионов, существует другой нестехиометрический порядок 1:1, который описывается как кубическая элементарная ячейка (a ≃ 2ac) в пространственной группе Fm3m. Упорядоченная модель 1:1 катионов B существует в наноразмерных областях и называется ближним упорядочением, в то время как другие области неупорядочены [46, 47]. Диэлектрические свойства в основном зависят от ионной поляризации и тесно связаны с динамикой решетки. Например, информация о колебаниях решетки необходима для понимания диэлектрических потерь, и особый интерес представляют спектры колебаний решетки МВРК типа A(B1/3′B2/3′′)O3 [48, 49], т.е. Симметрия фононных мод может отражать диэлектрические свойства, поскольку диэлектрический отклик на микроволновых частотах в основном зависит от характеристик полярных оптических фононов [50]. Таким образом, знакомство с фононами необходимо для понимания диэлектрического отклика MWDC. 5 Заключение В обзоре систематически суммируются динамика решетки и фононные характеристики MWDC типа A(B1/3′B2/3′′)O3, чтобы представить заметный прогресс в этой области и послужить руководством для разработки следующих усовершенствованных MWDC. Заключительные замечания заключаются в следующем: (i) Основная теория колебаний решетки была сформулирована, чтобы показать ее значение, функцию и применение к MWDC, а также предсказание количества и типа колебательных мод с помощью теоретико-группового анализа. Были присвоены и идентифицированы атомные позиции и соответствующие моды в спектрах комбинационного рассеяния и спектрах отражения FIR. (ii) Связь между модами комбинационного рассеяния и кристаллическими структурами была установлена и заявлена. Моды различаются по форме (полосы могут менять резкость и накладываться друг на друга), интенсивности и положению (частотному сдвигу) при изменении состава в А- и В-участках. Влияние условий обработки, таких как Ts и время, а также упорядоченных/неупорядоченных надстроек на колебательные моды, было систематически суммировано. Состав, температура и время спекания могут существенно повлиять на упорядоченную структуру. Моды, появляющиеся в спектрах комбинационного рассеяния, которые связаны с колебаниями, связанными с упорядоченной структурой 1:2, будут увеличиваться в количестве и интенсивности с увеличением Ts и времени, то есть упорядоченные 1:2 нанообласти будут расти с Ts и временем. (iii) Представлена и обобщена корреляция между модами комбинационного рассеяния и диэлектрическими свойствами. Хотя рамановские моды неполярны, некоторые рамановские моды важны для диэлектрических свойств. Диэлектрические проницаемости εr и температурный коэффициент диэлектрических проницаемостей имеют существенную связь с рамановскими сдвигами, а значения диэлектрических потерь tan δ тесно коррелируют со значениями FWHM активных мод A1g(Nb) и Eg(O). Рамановские сдвиги мод A1g(O) при 780 см–1 положительно коррелируют с температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости и имеют обратную корреляцию с диэлектрической проницаемостью, т. е. конкретную связь структура–свойство можно установить, используя в качестве среды колебательные моды решетки. (iv) Внутренние свойства можно оценить по параметрам дисперсии (частоты и константы затухания), трем методам подгонки спектра на основе классической теории дисперсии, включая анализ К–К, трехпараметрическую классическую модель Лоренца и FPSQ. Их происхождение и физический механизм могут быть получены из спектров колебаний решетки. (v) Замещение разных атомов в B-позиции способствует потере как трансляционной, так и инверсионной симметрии. Следовательно, в КИХ-спектре могут наблюдаться дополнительные моды. Небольшое изменение кристаллической структуры иногда приводит к аномальному смещению мод в FIR-спектрах. Хотя FIR-моды являются поляризованными модами, взаимосвязь между FIR-модами и кристаллическими структурами также представлена и обобщена, т. е. взаимосвязь между FIR-активными фононными модами и кристаллическими структурами керамики A(B1/3′B2/3′′)O3 может быть учредил. (vi) Необходимо провести более подробные исследования другого типа MWDC, включая динамику решетки и расчеты из первых принципов, чтобы узнать их фононные характеристики, динамика решетки MWDC наиболее важна для изучения связи структура-свойство.

2018

Ca3MSi2O9 (M = Zr, Hf, Sn1xTix; x = 0e0,40) низкодиэлектрическая микроволновая диэлектрическая керамика со структурой куспидина была приготовлена традиционным твердотельным методом при 1325C1400C в течение 10 ч на воздухе. Параметры решетки Ca3MSi2O9 (CMS) линейно уменьшались при изменении M с Zr на Sn0,85Ti0,15 и образовывалась одна фаза. Для M = Sn1xTix (x = 0,20e0,40) появляется вторая фаза CaTiO3 (CT). Относительная диэлектрическая проницаемость (εr), добротность (Qf) и температурный коэффициент резонансной частоты (tf) были тесно связаны с ионной поляризуемостью, относительной ковалентностью положения M, объемом элементарной ячейки и второй фазой CaTiO3. В результате наибольшее значение Q f 72840 ГГц было получено для M = Sn0,95Ti0,05, а близкое к нулю значение tf было достигнуто для M = Sn0,7Ti0,30. Микроволновые диэлектрические свойства которых следующие: εr = 11,07, Q f = 42400 ГГц и tf = 5,1 ppm/C. 1. Введение Высокоэффективная СВЧ-диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью привлекла значительное внимание в связи с расширением диапазонов рабочих частот беспроводной СВЧ-связи. СВЧ-диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15) может использоваться в качестве высокочастотных подложек, диэлектрических антенн, высокоточных конденсаторов и компонентов миллиметрового диапазона, таких как резонаторы и фильтры [1]. Этот вид керамики является основой микроволновой беспроводной связи. Для практического применения такая микроволновая диэлектрическая керамика должна иметь низкую диэлектрическую проницаемость (εr) для уменьшения задержки передачи сигнала, высокую добротность (Qf) для частотной избирательности и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (tf) для стабильности. передаваемой частоты [2,3]. Силикаты обладают некоторыми интересными характеристиками, такими как сегнетоэлектричество в Bi2SiO5 и BaZnSiO4 [1,4], необычный коэффициент теплового расширения в Ba1-xSrxZn2Si2O7 [5] и микроволновые диэлектрические свойства в Sm2SiO5 [6]. Эти интересные явления связаны со сложной кристаллической структурой силикатов, состоящей из тетраэдров [SiO4] и некоторых других полиэдров. Обычно силикаты имеют низкое значение диэлектрической проницаемости за счет связи SieO, которая содержит 45 % ионной связи и 55 % ковалентной связи [6]. Были исследованы многие виды силикатов, такие как форстрейт (Mg2SiO4), виллемит (Zn2SiO4) и куспидин (Ca3MSi2O9, M = Zr и Sn) [7e9]. Все они имеют низкое значение диэлектрической проницаемости и высокую добротность, что делает их хорошим выбором для устройств миллиметрового диапазона. Однако их значение tf обычно имеет отрицательное значение. Кроме того, Mg2SiO4 и Zn2SiO4 сложно получить в виде единой фазы, и при формовании требуется холодная изостатическая обработка [10–12]. Керамика Ca3ZrSi2O9 каспидинового типа обладает стабильной кристаллической структурой, а твердый раствор может быть получен путем замещения ионов Zr4+ для улучшения микроволновых диэлектрических свойств [9]. Акинори Кан и др. В работе [9] обнаружено, что твердые растворы Ca3(Zr1-xSnx)Si2O9 типа куспидина, составляющие группу [Si2O7], октаэдр [Zr1-xSnxO6] и полиэдр [CaO6/7], проявляют превосходные микроволновые диэлектрические свойства с низкой диэлектрической проницаемостью. . При замене Zr4+ на Sn4+ значение εr немного уменьшилось, значение Q f показало тенденцию к увеличению, а значение tf приблизилось к нулю. Эти результаты могут быть тесно связаны с ионной поляризуемостью и относительной ковалентностью в М-узле в структуре решетки Ca3MSi2O9. Чтобы выяснить влияние ионов М-позиции на микроволновые диэлектрические свойства и установить взаимосвязь между параметрами решетки и микроволновыми диэлектрическими свойствами в твердых растворах типа куспидина Ca3MSi2O9, необходимо выбрать несколько ионов, подобных Zr4+ и Sn4+, которые займут М-позицию. Замена Ti4+ на Sn4+ [13] и Zr4+ [14] была принята для образования твердого раствора в Zn2Ti1-xSnxO4 и Li2Zn(Ti1-xZrx)3O8 микроволновых диэлектрических керамиках соответственно. Кроме того, Hf4+ продемонстрировал сходные характеристики с Zr4+ в диэлектрической керамике ASiO4 (A = Zr, Hf) для микроволнового излучения [15, 16]. Таким образом, ионы Zr4+, Sn4+, Ti4+ и Hf4+ с одинаковым валентным состоянием и близкими ионными радиусами [17] могли занимать М-позицию, формируя в Ca3MSi2O9 структуру решетки куспидинового типа со структурной гибкостью октаэдров [MO6]. В данной работе были приготовлены керамика Ca3MSi2O9 (M = Zr, Hf, Sn) и твердые растворы Ca3Sn1xTixSi2O9 (x = 0,05e0,40). Были систематически исследованы взаимосвязи между параметрами решетки, фазовым составом и микроволновыми диэлектрическими свойствами. …………………… 4. Выводы Ca3MSi2O9 (M = Zr, Hf, Sn1xTix; x = 0e0,40) микроволновая диэлектрическая керамика с низкой относительной диэлектрической проницаемостью была приготовлена с помощью твердофазного реакционного процесса. Единственная фаза с моноклинной структурой куспидина и пространственной группой P21/c получена для Ca3MSi2O9 (M = Zr, Hf, Sn1xTix; x = 0e0,15). Однако для M = Sn1xTix (x = 0,20e0,40) второй фазой является CaTiO3. Для однофазной области тенденция изменения значения εr аналогична тенденции изменения ионной поляризуемости, которая сначала уменьшается, а затем линейно возрастает. Величина Q f зависит от относительной ковалентности катионов M-позиций, и оба они достигают максимального значения при M = Sn0,95Ti0,05. Изменение значения tf противоположно объему элементарной ячейки. В многофазной области экспериментальные микроволновые диэлектрические свойства согласуются с расчетными результатами, удовлетворяя правилу смешивания. Наибольшее значение Q f 72840 ГГц получено для M = Sn0,85Ti0,15, а близкое к нулю значение tf достигается для M = Sn0,70Ti0,30, обладающего микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 11,07, Q f = 42400. ГГц, а tf = 5,1 ppm/C.

2018

Керамика Y3MgAl3SiO12 с чистой фазой была впервые успешно синтезирована методом реакции твердофазного спекания. Их микроволновые диэлектрические свойства были исследованы в зависимости от температуры спекания. Их характеристики микроструктуры и места ионного заполнения тетраэдрических и октаэдрических единиц были охарактеризованы и проанализированы с помощью СЭМ и энергодисперсионного спектрометра (ЭДС) и уточнения Ритвельда данных порошковой рентгеновской дифракции. Кристаллическая структура Y3MgAl3SiO12 изоструктурна Y3Al5O12 с кубической структурой граната и пространственной группой Ia-3d, которая содержит додекаэдры YO8, октаэдры (Mg/Aloct)O6 и тетраэдры (Si/Altet)O4. Значения Qf и er различных образцов сильно зависят от распределения размеров зерен, размеров зерен и пористости. Образцы, спеченные при 1550°C, демонстрируют оптимизированные микроволновые диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью (ɛr) 10,1, значениями Qf 57 340 ГГц (на частоте 9,5 ГГц) и значениями sf 32 ppm/°C. Такие свойства указывают на потенциальное применение Y3MgAl3SiO12 в качестве подложек СВЧ. 1 ВВЕДЕНИЕ В связи с быстрым развитием информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), включая гаджеты Wi-Fi, мобильные устройства, системы спутниковой связи и радарные технологии, значительные исследования были сосредоточены на микроволновой диэлектрической керамике.1,2 До настоящего времени многие материалы с высоким качеством коэффициент (значения Qf) для снижения потерь энергии, низкая диэлектрическая проницаемость (er) для уменьшения времени задержки передачи электронного сигнала и идеальный околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты (sf) для стабильности рабочей частоты были зарегистрированы и используются в качестве резонаторов, фильтры, диэлектрические антенны, диэлектрические волноводные цепи и другие микроволновые компоненты.3 Однако потребность в исследованиях и разработках новых диэлектрических материалов с превосходными характеристиками не поспевает за шагами развития ИКТ.4 Для решения этих проблем используются различные виды из силикатных керамических материалов, таких как форстерит Mg2SiO4, 5 виллемит Zn2SiO4, 6 Al2SiO5, 7 кордиерит Mg2Al4Si5O18, 8 Sr2Al2SiO7, 9 и др., ч В последние годы были созданы устройства для работы в микроволновых и миллиметровых волнах. Из-за сильных эффектов ковалентной связи в силикатных основных единицах тетраэдров [SiO4], силикаты обычно имеют низкие диэлектрические постоянные.10 Однако, к сожалению, их диэлектрические потери (tand) или температурная стабильность недостаточно хороши, чтобы действовать как желательные диэлектрики. Хотя для Mg2SiO4, Zn2SiO4 и Mg2Al4Si5O18, 5,6,8 сообщалось о высоких значениях Qf более 200 000 ГГц, очень трудно настроить отрицательные температурные коэффициенты резонансной частоты этих материалов на нуль путем модификации твердого раствора или добавления универсального материалов с положительным температурным коэффициентом. В последнее время продолжались исследования некоторых новых силикатных керамических материалов с лучшими микроволновыми свойствами и микроструктурой. Например, о микроволновых диэлектрических свойствах Ba2ZnSi2O7 сообщили Lei et al. с сегнетоэлектрическими характеристиками при температуре выше 500°C. частей на миллион/°C.7 Что касается этих начальных достижений в области силикатных диэлектриков, все еще остаются широкие возможности для разработки новых соединений и изучения их микроволновых диэлектрических характеристик. Редкоземельные алюминиевые гранаты, такие как Y3Al5O12, имеют кубическую структуру граната с общей формулой X3Y2Z3O12, в которой атомы X, Y и Z занимают узлы решетки 24c, 16a и 24d соответственно.12 Ранее теоретические исследования обычно были сосредоточены на физических свойства и световые характеристики кристаллов и порошков граната, легированных и нелегированных редкоземельными элементами. Папагелис и др. сообщили о динамических свойствах решетки редкоземельных алюминиевых гранатов.13 Зоренко и др. изучили фотолюминесцентные свойства люминофоров с новой структурой граната.14 В этой статье мы сначала сообщаем о новых микроволновых диэлектрических свойствах керамики Y3MgAl3SiO12, которая принадлежит к разновидность семейства алюминиевых гранатов. Параметры кристаллической структуры керамического порошка уточняли методом рентгеновской дифракции (XRD) Ритвельда. Кристаллическую структуру Y3MgAl3SiO12 можно рассматривать как ионные пары Mg2+–Si4+, замещающие ионные пары Al3+–Al3+, которые также можно рассматривать как химические единицы [MgO6]/[SiO4], замещающие [AlO6]/[AlO4] многогранный. В статье обсуждаются возможные места заполнения ионами Mg/Si, зависимость размеров зерен, распределения размеров зерен и пористости от микроволновых диэлектрических свойств. …………………… 4 ВЫВОДЫ Керамика Y3MgAl3SiO12 со структурой граната была приготовлена традиционным методом реакции твердофазного спекания. Ритвельдское уточнение рентгеновской дифракции порошка показало, что Y3MgAl3-SiO12 изоструктурен Y3Al5O12 с кубической кристаллической системой, принадлежащей к пространственной группе Ia-3d. Конкретные кристаллографические данные о местах заполнения атомов показывают, что ионы Mg занимают Aloct, а ионы Si занимают Altet. Распределение размеров зерен и размеры зерен имеют решающее влияние на значения Qf. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства получены для керамики Y3MgAl3-SiO12, спеченной при 1550°C в течение 4 часов с er:10,1, Qf: 57340 ГГц) и sf: 32 ppm/°C. В будущем может быть потенциальное применение в качестве пассивных устройств, таких как диэлектрические подложки, в микроволновой связи.

2018

Апатитовая структура керамики CaLa4Si3O13 была получена по обычному твердофазному реакционному пути. Уточнение Ритвельдом порошковой рентгеновской дифракции (XRD) и анализ изображений сканирующего электронного микроскопа показали, что CaLa4Si3O13 принадлежит к гексагональной структуре с пространственной группой P63/m (№ 176) и растет в форме гексагональной призмы. Было подробно исследовано влияние кристалличности, пористости, морфологии зерен, распределения зерен по размерам и кислородных вакансий на микроволновые диэлектрические свойства в зависимости от температуры спекания. Существование кислородных вакансий и режимы растяжения и изгиба тетраэдрических единиц SiO4 обсуждались с помощью спектров комбинационного рассеяния. Отличные диэлектрические свойства для микроволнового излучения были получены при εr = 14,5, Q f = 31 100 ГГц (на 9,05 ГГц), tf = 22 ppm/C, что указывает на возможные потенциальные применения в качестве подложки для микроволнового излучения. Введение В последние годы стремительно развиваются информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). Прогресс в технологии Интернета вещей (IoT), микроволновых телекоммуникаций, спутникового телевидения прямого вещания (DBS TV), спутникового вещания, интеллектуальных транспортных систем (ИТС) и Индустрии 4.0 внес огромные изменения в нашу жизнь и повлиял на научные исследования новых материалы [1e3]. Диэлектрические материалы СВЧ, применяемые в диэлектрических резонаторах, фильтрах, подложках и т. д., играют ключевую роль в системах связи [4,5]. Чтобы способствовать развитию информационных технологий, ученые ищут новые микроволновые материалы с высоким коэффициентом качества (значения Q f) для снижения потерь энергии, низкой диэлектрической проницаемостью (εr) для уменьшения времени задержки передачи электронного сигнала и почти нулевым значением. температурный коэффициент резонансной частоты (tf) для стабильности частоты [6,7]. Сообщалось о многих новых микроволновых керамических материалах, таких как MgZrNb2O8 [8], Li2Mg3TiO6 [9], ZnTiTa2O8 [10], Li2ZnGe3O8 [11], BaMg2V2O8 [12], Li2ZnTi5O12 [13] и т. д. В дополнение к этим новым диэлектрическим материалам Сообщается о многих типах силикатных соединений с низким εr, диэлектрические свойства которых в микроволновом диапазоне приведены в таблице 1. Из-за сильного влияния ковалентной связи в основных силикатных единицах тетраэдров [SiO4] силикаты обычно имеют низкие диэлектрические постоянные, что указывает на потенциальное применение в качестве микроволнового вычитания [14]. Фельше впервые сообщил о силикатах редкоземельных элементов (Mg, Ca, Sr, Ba)2RE8 [SiO4]6O2 со структурой апатита в 1972 г. [24]. Апатит назван в честь большого семейства изоморфных соединений с общей формулой A10(MO4)6O2, где A представляет собой двухвалентный катион, MO4 представляет собой трехвалентный или четырехвалентный анион. В структуре апатита катионы А2+ располагаются в двух разных позициях: 4f с девятикратной координацией и 6h с семикратной координацией. Катион в позиции 6h координируется с ионом кислорода O(4), присутствующим в канале, что приводит к большей средней ковалентности AO, чем в позиции 4f. На протяжении десятилетий большое внимание уделялось замещению в узлах решетки А и М [25–28]. Бойер и др. представили зависимость занятости позиций от люминесцентных свойств апатитового люминофора [25]. Себастьян и др. исследовали микроволновые диэлектрические свойства керамики SrRE4Si3O13 и CaRE4Si3O13 (RE = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Tm, Yb и Y) [29,30]. В этой статье керамика CaLa4Si3O13 была приготовлена по обычному твердофазному реакционному пути. Изменения кристалличности, пористости, морфологии зерен, распределения размеров зерен по длине и кислородных вакансий были систематически проанализированы наряду с их влиянием на микроволновые диэлектрические свойства. Наличие кислородных вакансий было подтверждено и исследовано с помощью тестов спектров КР наряду с анализом колебательных мод SiO4. ………………………………………… 4. Выводы Керамика апатита CaLa4Si3O13 на основе кальция была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Анализ рентгенограмм показывает, что образцы CaLa4Si3O13 после спекания принадлежат к гексагональной кристаллической системе с пространственной группой P63/m (№ 176). Снимки, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают, что частицы зерен CaLa4Si3O13 постепенно вырастают в форме гексагональной призмы, а пористость уменьшается с повышением температуры спекания. Обнаружены пики недельных спектров КР (~570 см1), обусловленные наличием вакансии O. Кристалличность, пористость, морфология зерен, распределение зерен по размерам и кислородная вакансия оказывают решающее влияние на диэлектрические свойства микроволнового излучения. Наилучшее сочетание микроволновых диэлектрических свойств получено в керамике CaLa4Si3O13, спеченной при 1400 °С в течение 4 ч (εr = 14,5, Q f = 31 100 ГГц (на 9,05 ГГц), tf = 22 м.д./°С).

2018

Керамика BaAl2–2x(ZnSi)xSi2O8 (x = 0,2–1,0) была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Затем были исследованы характеристики спекания, фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства приготовленных композиций. Все составы показали одну фазу, за исключением x = 0,8. При замене ионов Al3+ (Zn0,5Si0,5) 3+ оптимальные температуры спекания композиций снизились с 1475 °С (х = 0) до 1000 °С (х = 0,8), а затем несколько повысились до 1100 °С. (х = 1,0). Кроме того, была улучшена фазовая стабильность BaAl2Si2O8. Новая микроволновая диэлектрическая керамика BaZnSi3O8 была получена при температуре спекания 1100 °С. Эта керамика обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами с εr = 6,60, Q × f = 52401 ГГц (на 15,4 ГГц) и τf = -24,5 ppm/°C. 1. Введение Диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15) является ключевым материалом для микроволновой беспроводной связи в виде высокочастотных подложек, диэлектрических антенн, высокоточных конденсаторов и компонентов миллиметрового диапазона, таких как резонаторы и фильтры [1]. По мере расширения диапазонов рабочих частот микроволновой беспроводной связи большое внимание привлекают высокие характеристики микроволновой диэлектрической керамики с низкой диэлектрической проницаемостью. Обычно силикат имеет низкую относительную диэлектрическую проницаемость из-за связи SieO, которая включает 45% ионной связи и 55% силы ковалентной связи [2]. Недавно многие силикаты, такие как виллемит (Zn2SiO4), форстерит (Mg2SiO4) и диопсид (CaMgSi2O6) [3–5], были исследованы как потенциальные кандидаты для устройств миллиметрового диапазона, учитывая их низкую диэлектрическую проницаемость и высокую добротность. Целсиан (BaAl2Si2O8), природный минерал плагиоклаз-полевой шпат, используется в качестве барьерного покрытия для окружающей среды, люминофора BaAl2Si2O8: Eu2+ и матричного материала в армированных волокнами композитах [6–8]. В настоящее время тепловым, оптическим и механическим свойствам цельзианской керамики уделяется большое внимание, в то время как их диэлектрические свойства изучались лишь в нескольких исследованиях. В 2000 г. McCauley сообщил о диэлектрических свойствах твердых растворов Ba1–xSrxAl2Si2O8 [9]. С 2005 по 2009 год Krzmanc et al. [10–14] систематически исследовали кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики на основе плагиоклаз-полевого шпата и обнаружили, что керамика BaAl2Si2O8 демонстрирует высокое значение Q×f при спекании при 1500 °С в течение 40 ч. Лей и др. В работе [15] получена почти нулевая усадка микроволновая диэлектрическая керамика BaAl2Si2O8 при температуре спекания 1475 °C с использованием этанола в качестве диспергатора. Хотя BaAl2Si2O8 и другая керамика на основе плагиоклазового полевого шпата обладают хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, их коммерческое применение затруднено рядом проблем. Например, температура спекания твердых растворов Ba1-xMxAl2Si2O8 (M = Ca, Sr; 0 ≤ x ≤ 1,0) составляет примерно 1500 °С, что требует больших энергозатрат и требований к оборудованию. Хотя твердые растворы KxBa1-xGa2-xGe2+xO8 (0 ≤ x ≤ 1,0) обладают хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами и низкой температурой спекания, их сырье, такое как Ga2O3 и GeO2, дорого. Твердые растворы NaxCa1-xAl2-xSi2+xO8 (0 ≤ x ≤ 1,0) с низкой температурой спекания имеют максимальное значение добротности всего 17600 ГГц. Следовательно, возможным решением этих проблем является снижение температуры спекания керамики BaAl2Si2O8 при сохранении высокого значения Q×f. Как и BaAl2Si2O8, алюминийсодержащие керамики и алюминаты, такие как Sr2Al2SiO7, MAl2O4 (M = Mg, Zn) и Y3Al5O12 [16–19], имеют сверхвысокие температуры спекания благодаря сильным связям AleO и высокой энергии решетки. Содержание алюминия оказывает существенное влияние на температуру спекания. Помимо температуры спекания, еще одной важной проблемой для нас является фазовый переход BaAl2Si2O8. BaAl2Si2O8 имеет три различных фазы — гексагональную, моноклинную и орторомбическую. Гексагональная цельсия может сосуществовать с моноклинной цельзианом при температурах ниже 1590 °C. Обратимый фазовый переход произойдет между гексагональной и орторомбической фазами примерно при 300 °С; этот фазовый переход сопровождается резким изменением объема [20]. Следовательно, фазовый переход цельсиана вызовет микротрещины и ухудшит его микроволновые диэлектрические свойства. Уменьшение доли Al в соединении является правильным методом снижения температуры спекания и регулирования фазового перехода. В 1979 г. Склар продемонстрировал механизм замещения, при котором ионы (Fe0,5Si0,5)3+ замещали ионы Al3+ в CaAl2Si2O8 [21]. Температура изготовления керамики CaAl2-2x(FeSi)xSi2O8 (0 ≤ x ≤ 1,0) составляет от 1050 °С до 1200 °С. В этой работе предложен новый подход к снижению температуры спекания Al-содержащей керамики и формированию новой фазы CaFeSi3O8. Лю и др. [22,23] заменили Al3+ в керамике SrLaAl1−x(Zn0,5Ti0,5)xO4 на (Zn0,5Ti0,5)3+ и получили новую фазу SrLa(Zn0,5Ti0,5)O4. За исключением концевого элемента CaFeSi3O8 в керамике CaAl2-2x(FeSi)xSi2O8 (0 ≤ x ≤ 1,0), существование CaZnSi3O8, BaZnSi3O8 и CaMgSi3O8 [24–27] было подтверждено предыдущими исследованиями. AMSi3O8 (A = Ca, Ba; M = Mg, Zn, Fe) — новый тип плагиоклазово-полевошпатового материала, который имеет сходную с MAl2Si2O8 структуру (M = Ca, Sr, Ba) и среднюю температуру спекания, что обеспечивает возможен вариант снижения температуры спекания и стабилизации фазового состава керамики BaAl2Si2O8 за счет образования твердого раствора между BaAl2Si2O8 и BaZnSi3O8. Поэтому для замещения ионов Al3+ использовали ионы (Zn0,5Si0,5)3+, а твердые растворы BaAl2–2x(ZnSi)xSi2O8 (x = 0,2–1,0) готовили традиционным методом твердофазной реакции. Исследованы характеристики спекания, фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства керамики BaAl2–2x(ZnSi)xSi2O8 (x = 0,2–1,0). ………………… 4. Выводы В настоящей работе исследованы спекание и микроволновые диэлектрические свойства твердых растворов BaAl2–2x(ZnSi)xSi2O8 (x = 0,2–1,0). Замена Al на (Zn0,5Si0,5) в BaAl2Si2O8 значительно снизила температуру спекания с 1475 °C (BaAl2Si2O8) до 1100 °C (BaZnSi3O8). В твердых растворах BaAl2–2x(ZnSi)xSi2O8 (x = 0,2–0,6 и 1,0) гексагональная фаза и микротрещины отсутствуют, а замещение (Zn0,5Si0,5)3+ существенно повышает фазовую устойчивость BaAl2Si2O8. Максимальная растворимость BaAl2-2x(ZnSi)xSi2O8 находилась в пределах от 0,6 до 0,8 для x, а низкотемпературная эвтектика была получена при x = 0,8. Состав и плотность преобладают над микроволновым диэлектриком. Изменение относительной диэлектрической проницаемости и значения Q × f демонстрировало ту же тенденцию, что и объемная плотность для каждого состава. Значение εr постепенно увеличивалось и достигло максимального значения 7,31 при x = 0,6, после чего уменьшилось. Изменение значения Q × f имело обратную тенденцию с изменением значения εr. τf достигла максимального отрицательного значения -63 ppm/°C при x = 0,8. Новый тип плагиоклаза BaZnSi3O8 был получен при 1100 °C, который обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами с εr = 6,60, Q × f = 52401 ГГц (на 15,4 ГГц) и τf = -24,5 ppm/°C и средней температурой спекания. Однако чувствительная спекаемость и слегка отрицательное значение τf BaZnSi3O8 должны быть улучшены в будущем.

2018

Твердофазным методом синтезирована новая микроволновая диэлектрическая керамика LiNb0,6Ti0,5O3 (LNT) с замещениями Ca LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3. Установлено, что при замещении Ca температурный коэффициент резонансной частоты τƒ может быть доведен до нуля за счет появления второй фазы Ca5Nb4Ti3O21. τƒ фазы Ca5Nb4Ti3O21 составляет -144,3 ppm/℃ в результате моделирования и численного расчета. Кроме того, керамика LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3 имеет более высокую диэлектрическую проницаемость εr и более плотную микроструктуру. Керамика LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3 с x = 0,03, спеченная при 1100 ℃ в течение 2 ч, демонстрирует отличные микроволновые диэлектрические свойства: εr = 76,89, Q × ƒ = 4064 ГГц, τƒ = 0,25 ppm/℃. Введение В связи с быстрым развитием мобильных телефонных систем, сотовых сетей 4G и беспроводных локальных сетей СВЧ-диэлектрическая керамика привлекает повышенное внимание в исследовательском сообществе. Для СВЧ-диэлектрической керамики требуется соответствующая диэлектрическая проницаемость εr, низкие диэлектрические потери (высокое значение Q × ƒ) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты τƒ, чтобы адаптировать развитие электронной промышленности [1-3] . Исследования диэлектрической керамики системы Li2O–Nb2O5–TiO2 (LNT) вызывают большой интерес благодаря их превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам. Так называемый твердый раствор «М-фазы» (Li1+x-yNb1-x-3yTix+4-yO3) (0,05≤x≤0,3,0≤y≤0,182), описанный Villafuerte-Castrejon et al. во-первых, с отличными диэлектрическими свойствами [4] (εr = 55-80, перестраиваемое τƒ и значение Q × ƒ до 9000 (6 ГГц)). Известно, что керамика LiNb0,6Ti0,5O3 (LNT) как одно из соединений М-фазы обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами [5]. Чтобы улучшить свойства керамики, Kang et al. получили диэлектрические свойства εr = 64,5, Q × ƒ = 5,933 ГГц и τƒ = 9,4 ppm/℃ при добавлении 0,5 мас.% 0,17Li2O–0,83V2O5 [5]. Недавно Цзэн и соавт. получили диэлектрические свойства εr = 70, Q × ƒ = 5400 ГГц и τƒ = -6,39 ppm/℃ при добавлении 1 мас.% B2O3 [6]. Хотя сообщается, что LiNb0,6Ti0,5O3 имеет перестраиваемый τƒ [7], τƒ все еще трудно отрегулировать до нуля. В нашей предыдущей работе мы обнаружили, что τƒ LiNb0,6Ti0,5O3 составляет 30,6 ppm/℃. В этой работе мы обнаружили, что замены Ca могут регулировать τƒ LNT почти линейно от положительного значения (30,6 частей на миллион / ℃) до отрицательного значения (-78 частей на миллион / ℃). Подробно исследовано влияние замещения Ca на развитие фазовой структуры, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3 (x = 0,01-0,1), особенно причина корректировки τƒ подробно обсуждается. ………………… Заключение Детально исследована новая керамика LiNb0,6Ti0,5O3 (LNT) с замещениями Ca, состоящая из М-фазы (Li1,075Nb0,625Ti0,450O3) и фазы Ca5Nb4Ti3O21. Для керамики LiNb0,6Ti0,5O3 небольшое количество замещения Ca может существенно повлиять на ее микроволновые диэлектрические свойства. В частности, значения температурного коэффициента резонансной частоты τƒ керамики могут быть эффективно снижены с положительного (30,6 ppm/℃) до отрицательного (-78,26 ppm/℃). Для керамики LiNb0,6Ti(0,5-x)Ca1,231xO3, легированной кальцием x = 0,03, спеченной при 1100 ℃ в течение 2 часов, превосходные микроволновые диэлектрические свойства εr = 76,89, Q × ƒ = 4064 ГГц, τƒ = 0,25 ppm/℃ можно было получить.

2018

Ряд композиционных керамических материалов 2,5ZnO–(5–x)TiO2–xZrO2–2,5Nb2O5 (сокращенно ZTZN, 0,2≤x≤0,4) был приготовлен твердофазным реакционным методом. Исследован фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства керамики. Рентгенограммы показали сосуществование фаз ZnTiNb2O8 и Zn0,17Nb0,33Ti0,5O2. С повышением температуры спекания объемная плотность (ρ), диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент частоты резонатора (τf) увеличивались. С увеличением содержания ZrO2 сначала увеличивалось, а затем уменьшалось значение ρ, увеличивалось значение Q×f, уменьшались значения εr и τf. Важно отметить, что значение τf керамики ZTZN (0,2≤x≤0,4) может быть доведено почти до нуля. Керамика 2,5ZnO–4,7TiO2–0,3ZrO2–2,5Nb2O5, спеченная при 1075 °C, продемонстрировала наилучшие комплексные характеристики Q×f=30,155 ГГц, εr=44 и τf=0,89 ppm/°C, что указывает на то, что они являются кандидатами для микроволнового излучения. устройства. Введение В последнее время в связи с бурным развитием современных систем беспроводной связи значительно возросли требования к высокоэффективным СВЧ-диэлектрическим материалам [1–3]. Для выполнения этих требований в основном следует учитывать некоторые критические характеристики, в том числе более низкую температуру спекания [4], умеренную диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) и близкий к нулю температурный коэффициент частоты резонатора (τf ). Кроме того, высокая относительная диэлектрическая проницаемость (ɛr) обеспечивает миниатюризацию компонентов, поскольку размер резонатора обратно пропорционален √휀r. Низкие диэлектрические потери (tan δ) или, что более удобно, высокое значение добротности (1/tan δ) максимизируют селективность сигнала [5]. Высокая температурная стабильность требует, чтобы τf было менее 5 ppm/°C и в идеале было близко к нулю [6]. Многие керамики, такие как Mg/CoCu2Nb2O8 [7], ZnMnW2O8 [8], Zn(Li2/3Ti4/3) O4 [9] и Li2WO4 [10], показали превосходные микроволновые диэлектрические свойства, но большие положительные или отрицательные значения τf ограничивали их использование. дальнейшего промышленного применения. Как правило, для регулировки значений τf микроволновых диэлектрических материалов используются два метода. Один из них – смешение составных материалов с противоположными значениями τf [3, 11], таких как (1–x)ZnAl2O4–xTiO2, (1–x)ZnAl2O4–xCaTiO3 [12]. Другой образует твердые растворы, такие как (Li0,5Bi0,5)xBi1-xMoxV1-xO4 [13], Ba3,75Nd9,5Ti18-z(Mg1/3Nb2/3)zO54 [14]. Примечательно, что первый метод был ограничен, поскольку диэлектрические свойства микроволнового излучения серьезно ухудшались. Ким и др. [15] сообщили, что керамика 2,5ZnO–2,5Nb2O5–5TiO2 (ZNT), спеченная при 1100 °C, показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr=58, Q×f=16 300 ГГц и τf=-10 ppm/°C. Кроме того, Ким и соавт. [16] сообщили, что добавление ZrO2 может быть использовано для корректировки значений τf керамики от положительного значения до близкого к нулю, такого как Zr1-x(Zn1/3Nb2/3)xTiO4. Сонг и др. [17] сообщили, что Ti4+ может быть замещен Zr4+, поскольку Ti4+ и Zr4+ имеют одинаковый ионный радиус [18]. В настоящей работе ZrO2 использовался для корректировки значений τf путем замены Ti4+ на Zr4+. Кроме того, исследованы фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики 2,5ZnO–(5–x)TiO2–xZrO2–2,5Nb2O5. ………………… Вывод С увеличением содержания ZrO2 фазовая структура керамики частично трансформируется из фазы Zn0,17Nb0,33Ti0,5O2 в фазу ZnTiNb2O8, что приводит к изменению СВЧ-диэлектрических свойств. Кроме того, температура спекания также влияет на микроволновые диэлектрические свойства за счет изменения фазового состава. Как правило, τf для всех составов керамики ZTZN можно было довести до нуля, регулируя температуру спекания. Важно отметить, что керамика 2,5ZnO–4,7TiO2–0,3ZrO2–2,5Nb2O5 (x=0,3), спеченная при 1075 °C, продемонстрировала наилучшие комплексные характеристики Q×f=30,155 ГГц, εr=44 и τf=0,89 ppm/°C. что указывает на то, что керамическая система является потенциальным микроволновым диэлектрическим материалом для коммерческого применения.

2018

Новая низкотемпературная обожженная микроволновая диэлектрическая керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02-0,08) была синтезирована путем частичного замещения ионов V5+ на позиции Nb5+. Было подробно исследовано влияние замещения V5+ на структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Рентгенограммы и уточнение по методу Ритвельда показали, что все образцы имеют единую орторомбическую структуру. Структурные характеристики, такие как поляризуемость, коэффициент упаковки и искажение октаэдра NbO6, были определены для установления корреляции между структурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками. Значения ɛr показали тенденцию, аналогичную поляризуемости. Высокие значения Q×f в основном связаны с влиянием размеров и плотности зерен, а не с долей упаковки. Изменение значений τf было связано с искажением октаэдра NbO6. Примечательно, что керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02), спеченная при 900 °C, обладала выдающимися диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне: εr=16, Q×f=131 000 ГГц (9,63 ГГц) и τf=-26 ppm/°C, многообещающие кандидаты со сверхнизкими потерями для применения в низкотемпературной керамике с совместным обжигом (LTCC). Введение В последние десятилетия микроволновые диэлектрические материалы привлекают все большее внимание из-за их превосходных характеристик в пассивных компонентах, таких как конденсаторы, фильтры и резонаторы [1-3]. Технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) привлекла большое внимание из-за потребности в миниатюризации и интеграции системы [4]. Диэлектрические материалы с низкой температурой спекания (<960 °C) и превосходной химической совместимостью с Ag-электродами необходимы для приложений LTCC [5]. Однако большинство микроволновых диэлектрических керамических материалов необходимо спекать при высокой температуре. Поэтому важно снизить температуру спекания диэлектрических материалов, чтобы удовлетворить требования приложений LTCC. Для снижения температуры спекания керамики в нескольких подходах использовалось добавление стеклянных фритт и легкоплавких оксидов [6-8]. Из-за ухудшенных микроволновых диэлектрических характеристик, вызванных стеклянными фриттами, важно разработать новые системы LTCC с превосходными характеристиками [9-13]. В последнее время керамика Li3Mg2NbO6 с орторомбической структурой привлекает повышенное внимание благодаря хорошим эксплуатационным характеристикам. М. Кастельянос и др. фазу Li3Mg2NbO6 получали нагреванием смесей Li3NbO4 и MgO и выдержкой при 1270 К в течение 4 сут [14]. Биан и др. сообщили, что керамика Li3Mg2NbO6 обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, а именно εr=16,8, Q×f=79643 ГГц и τf=-27,2 ppm/°C [15]. С тех пор было проведено множество исследований для достижения низкотемпературного спекания и улучшения значений Q×f. Цзо и др. сообщили о низкотемпературном спекании керамики Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6, легированной Li2O-V2O5 [16]. Чжан и др. также сообщалось, что керамика Li3Mg2NbO6 обладает превосходными диэлектрическими свойствами, а именно εr=14,89, Q×f=86720 ГГц и τf=-15,46 ppm/°C при легировании 1 мас. % стекло Li2O-B2O3-SiO2. Однако все описанные выше материалы спекаются при низкой температуре с добавлением жидкой фазы, что может привести к ухудшению СВЧ-диэлектрических свойств. Поэтому было проведено множество исследований по снижению температуры спекания за счет замещения ионов [17-19]. Например, Ван и др. успешно понизил температуру спекания керамики ZnNb2O6 замещением V5+ [20]. Цзо и др. обнаружили, что V 5+ может диффундировать в Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6 и снижать температуру спекания [21]. Кроме того, катионные радиусы V5+ (0,54 Ǻ) и Nb5+ (0,64 Ǻ) близки, и предсказывается образование растворов в системах Li3Mg2NbO6 при замещении V5+. В данной работе твердые растворы Li3Mg2Nb1-xVxO6 были синтезированы по твердофазному реакционному пути. Систематически изучалось влияние замещения V5+ на морфологию, структурные характеристики и микроволновые диэлектрические свойства. На основании результатов уточнения Ритвельда были определены внутренние характеристики, включая поляризуемость, долю упаковки и искажение октаэдра NbO6. Наконец, была установлена взаимосвязь между структурными характеристиками и повышенными микроволновыми диэлектрическими свойствами. …………………… Выводы Керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02-0,08) была синтезирована по твердофазному реакционному пути. Было систематически исследовано влияние замещения V5+ на структуру и микроволновые диэлектрические характеристики. Рентгенограммы и уточнение по методу Ритвельда показали, что все образцы имеют единую орторомбическую структуру во всем диапазоне замещений. Параметры решетки и объем элементарной ячейки уменьшались с увеличением содержания V5+, что подтверждается несколько большими углами 2θ пика (206). Структурные параметры, такие как доля упаковки, поляризуемость и искажение октаэдра NbO6, были рассчитаны на основе уточнения Ритвельда. Значения ɛr показали тенденцию, аналогичную тенденции поляризуемости, а наблюдаемая диэлектрическая поляризуемость была почти идентична теоретической диэлектрической поляризуемости. Высокие значения Q×f в основном связаны с влиянием плотности и размера зерна, а не с долей упаковки. Изменение значений τf было связано с изменением искажения октаэдра NbO6. Примечательно, что керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x=0,02), спеченная при 900°C, обладала выдающимися свойствами, а именно εr=16, Q×f=131000 ГГц и τf=-26 ppm/°C, что делало их многообещающими кандидатами для ультра -приложения LTCC с низкими потерями.

2018

Новая керамика с формулой CoZrTa2O8 была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Фазовый состав всех спеченных образцов был подтвержден как единая фаза с моноклинной структурой вольфрамита, относящаяся к пространственной группе P2/c. Рост зерна анализировали путем исследования относительной плотности и размера зерна. Диэлектрическая проницаемость (εr) обсуждалась с относительной плотностью, поляризуемостью и пористостью. Факторы качества были проанализированы с учетом роста зерна и доли атомной упаковки. Температурный коэффициент резонансной частоты не претерпел существенных изменений при различной температуре спекания. Типичные микроволновые диэлектрические свойства керамики CoZrTa2O8: εr = 23,54, Q׃ = 20100 ГГц и τƒ = -8,72 ppm/C, после спекания при 1250 C в течение 4 часов. Учитывая низкие диэлектрические потери и близкое к нулю значение τƒ, керамика CoZrTa2O8 должна быть хорошим кандидатом для применения в микроволновых устройствах. Введение В связи с продолжающейся революцией в области беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика, играющая важную роль в микроволновых устройствах, привлекает растущий интерес исследователей [1-4]. На этом фоне многие исследователи были привержены исследованиям и разработке новых микроволновых диэлектриков. Система Zn-AO2-Nb2O5 (A= Ti, Zr, Sn) была впервые изучена А. Баумгарте и Р. Блачником в 1994 г. [5]. В этой статье сообщается о кристаллической структуре ZnTiNb2O8 с орторомбической пространственной группой PBCN. Затем фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства Zn3Nb2O8-TiO2 и ZnNb2O6-TiO2 были изучены Д. В. Кимом и др. [6, 7]. В 2011 году керамика ZnTiNb2O8, как новый материал для микроволнового диэлектрика, вызвала большой интерес благодаря отличным микроволновым диэлектрическим свойствам: εr~34, Q׃~50000 ГГц, τƒ~-45ppm/C [8]. После этого сообщалось о серии новых микроволновых диэлектрических керамических материалов, состав которых аналогичен ZnTiNb2O8, для их возможного использования в микроволновых приложениях [9-12]. Среди исследований важно отметить, что эти новые керамики были получены практически ионным замещением на Zn-позиции, Ti-позиции или Nb-позиции керамики ZnTiNb2O8. Однако следует отметить меньшее количество исследований системы A2+ZrTa2O8, полученной с использованием ионов Zr и Ta в качестве ионов замещения. В частности, не было сообщений о керамике A2+ZrTa2O8 с A=Mn, Co, Ni. Разработать микроволновую диэлектрическую керамику нового типа с превосходными свойствами, и учитывая, что ион Со является хорошей заменой типа двухвалентных ионов, высокодобротную микроволновую диэлектрическую керамику CoZrTa2O8, которая была изготовлена с использованием Со для занятия А-позиции. Изготовлена и исследована керамика 2+ZrTa2O8. В этой работе впервые до настоящего времени была успешно получена керамика CoZrTa2O8, представляющая собой чистую фазу с моноклинной структурой вольфрамита. Кроме того, сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах керамики CoZrTa2O8, при этом в целом учитывалось влияние внутренних и внешних факторов на микроволновые диэлектрические свойства. … Заключение Высокодобротная керамика CoZrTa2O8 была приготовлена твердофазной реакцией и исследованы диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Кристаллическая структура керамики CoZrTa2O8 была проиндексирована как структура вольфрамита, принадлежащая к пространственной группе P2/c (C2h4), с обнаружением только одной однофазной фазы на рентгенограммах при различных температурах спекания. Диэлектрическая проницаемость керамики CoZrTa2O8 зависела от относительной плотности и поляризуемости ионов. На значения Q׃ керамики CoZrTa2O8 влияли размер зерна и доля упаковки. Значения τƒ керамики CoZrTa2O8 не претерпели существенных изменений при различной температуре спекания. Сообщалось о многообещающих микроволновых диэлектрических свойствах с εr=23,54, Q׃=20100 ГГц, τƒ=-8,72 ppm/C для керамики CoZrTa2O8, спеченной при 1250 C.

2018

Твердофазным путем синтезирована новая термостабильная керамика Li3Mg2NbO6-0,1TiO2 (LMNT), легированная стеклом Li2O-B2O3-Bi2O3-SiO2 (LBBS). Температура спекания LMNT-керамики, легированной стеклом LBBS, может быть эффективно снижена до 900 °C. Экспериментальные результаты показали, что добавление стекла LBBS может помочь улучшить значения Q×f при смещении значений τf в отрицательном направлении. В частности, 1 мас.% LBBS-керамики LMNT, легированной стеклом, спеченной при 900 °C в течение 4 часов, обладал превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами: εr=16, Q×f=42648 ГГц, τf=-1ppm/°C, что потенциально LTCC-приложения. Введение Диэлектрические материалы способствовали быстрому развитию систем связи, включая мобильную связь и спутниковое вещание. В последние годы было проведено много работ по поиску подходящей диэлектрической керамики и новых технологий, удовлетворяющих требованиям миниатюризации и интеграции. Одним из решений является технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC), позволяющая комбинировать многослойные и высокопроводящие внутренние электродные металлы, такие как серебро и медь [1]. Для практического применения диэлектрические материалы для ТПК должны иметь низкую температуру спекания (ниже 960°С) [2-4]. В предыдущих работах низкотемпературное спекание достигалось добавлением стеклянных фритт, таких как ZnO-B2O3-SiO2, ZnO-P2O5-MnO2 и B2O3-CuO [5-8]. Недавно Юань и соавт. сообщили, что керамика Li3Mg2NbO6 показала хорошие диэлектрические свойства: εr=16,8, Q×f=79643 ГГц, τf=-27,2 ppm/°C при спекании при 1250 °C [9]. Однако высокая температура спекания не позволяет применять LTCC. Чжан и др. удалось снизить температуру спекания керамики Li3(Mg0,92Zn0,08)2NbO6 до 925 °C путем добавления 0,5 мас.% 0,17Li2O-0,83V2O5 [10]. Впоследствии Чжан и соавт. сообщили, что керамика Li3Mg2NbO6, спеченная при 875 °C, сохраняла превосходные диэлектрические свойства εr=14,89, Q×f=86720 ГГц, τf=-15,46 ppm/°C при легировании стеклом Li2O-B2O3-SiO2 с концентрацией 1 мас.% [11]. Однако все вышеперечисленные имеют неадекватное отрицательное значение τf. Рутил TiO2 широко использовался для компенсации отрицательного τf за счет большого положительного τf (+465 ppm/°C) [12, 13]. В данной работе мы выбрали TiO2 для компенсации τf для системы Li3Mg2NbO6-TiO2 (LMNT). И затем мы выбрали стекло Li2O-B2O3 Bi2O3-SiO2 (LBBS), чтобы снизить температуру спекания. Было исследовано влияние стекла LBBS на спекание, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики LMNT. …… Выводы В данной работе керамика Li3Mg2NbO6-0,1TiO2 (LMNT), легированная стеклом Li2O-B2O3-Bi2O3-SiO2 (LBBS), была синтезирована по обычному твердофазному реакционному пути. Было исследовано влияние стекла LBBS на характеристики спекания, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики LMNT. В частности, 1 мас. Керамика LMNT, легированная стеклом, % LBBS, спеченная при 900 °C в течение 4 часов, обладала превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами: εr=16, Q×f=42648 ГГц, τf=-1 ppm/°C, проявляя потенциал для термостабильных приложений.

2018

В последние годы появились быстрые разработки материалов для микроволнового диэлектрика из-за их широкого применения и революции в беспроводной связи. Однако многие коммерческие микроволновые материалы основаны на титанатах, ниобатах и танталатах, недостатки которых заключаются как в дороговизне сырья, так и в высоких температурах спекания. Это приводит к тому, что производственный процесс не является энергоэффективным. В этой статье мы разрабатываем тройную систему BaO-TiO2-GeO2, производную от бинарной системы BaO-TiO2, для получения низкотемпературной диэлектрической керамики с совместным обжигом в микроволновом диапазоне для высокочастотных применений. Керамика Ba2TiGe2O8 была приготовлена традиционным твердотельным способом. Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что Ba2TiGe2O8 принадлежит к орторомбической пространственной группе Cmm2. Керамика показала уплотнение 96,3% после спекания при 1060 °C. Они также показали относительную диэлектрическую проницаемость (εr) 12,7, добротность (Q×f) 9060 ГГц (на 10 ГГц), температурный коэффициент резонансной частоты (τf) –30 ppm/°C и коэффициент теплового сопротивления. расширение (КТР) 11,0 частей на миллион/°C. Кроме того, были исследованы спектры КР и ионная поляризуемость элементарных ячеек Ba2TiGe2O8. Введение Оксид бария-диоксид титана (BaO-TiO2) является одним из самых популярных диэлектрических материалов для промышленных применений. Этот материал обладает как высокой относительной диэлектрической проницаемостью (εr > 35) [1], так и низкими диэлектрическими потерями (tan δ < 2 × 10–3) [2]. Эти свойства подходят для приложений в микроволновых компонентах, таких как мобильные телефоны, Интернет вещей (IoT) и интеллектуальные транспортные системы (ITS) и т. д. [3–6]. Однако изготовление бинарной системы BaO-TiO2 требует высокой температуры спекания (> 1300 °C). Кроме того, BaO-TiO2 обладает большим температурным коэффициентом резонансной частоты (τf), что ограничивает его термическую стабильность, а также совместимость с материалами с низкой температурой плавления [7,8]. Например, для того, чтобы можно было использовать низкотемпературные керамические корпуса с совместным обжигом (LTCC), температура спекания диэлектрических материалов должна быть ниже температуры плавления электродов, таких как серебро (960 °C) или медь (1085 °C). ) [9–11]. В последнее время большое внимание привлекают германийсодержащие микроволновые диэлектрические керамики, такие как Bi2Ge3O9 [12], Li2ZnGe3O8 [13] и Li2AGeO4 (A = Zn, Mg) [14]. За счет введения Ge в этих материалах может быть достигнута более низкая температура спекания по сравнению с соединениями BaO-TiO2. Например, Li2AGeO4 (A = Zn, Mg) можно спекать при 1100 °С. Между тем, его диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне считаются подходящими для высокочастотных устройств из-за низкой относительной диэлектрической проницаемости (6,1–6,5) [14]. Соответственно, в этой статье мы расширяем двойную систему BaO-TiO2 до тройной системы BaO-TiO2-GeO2. С этой системой можно ожидать низкотемпературную микроволновую диэлектрическую керамику для высокочастотных применений. Исследован Ba2TiGe2O8, относящийся к группе BaO-TiO2-GeO2. Ba2TiGe2O8 имеет слоистую структуру, элементарные ячейки которой принадлежат пространственной группе Cmm2. При хороших значениях поляризуемости, пьезоэлектричества и пироэлектричества потенциальные применения Ba2TiGe2O8 могут включать сегнетоэлектрические устройства, генераторы второй гармоники и фемтосекундные лазеры [15–18]. О структуре Ba2TiGe2O8 сообщили Iijima et al. [19]. Однако связь между кристаллической структурой и диэлектрическими свойствами в микроволновом диапазоне не выяснена. Настоящая работа посвящена исследованию таких вопросов с использованием керамики Ba2TiGe2O8, изготовленной при различных температурах спекания. Кроме того, исследованы спектры комбинационного рассеяния, поведение при спекании, микроструктура и термические свойства керамики Ba2TiGe2O8. ………… Выводы В настоящей работе исследована новая микроволновая диэлектрическая керамика Ba2TiGe2O8. Кристаллическая структура керамики Ba2TiGe2O8 относится к орторомбической фазе пространственной группы Cmm2. Керамика Ba2TiGe2O8 имеет слоистую структуру, состоящую из тетраэдров [GeO4] и квадратных пирамид [TiO5], разделенных ионами Ba, находящимися в центре десятикоординатной позиции. Оптические фононные моды Ba2TiGe2O8 были очень четкими и резкими. Орторомбическая керамика Ba2TiGe2O8 демонстрирует четко определенные моды, и изменения мод колебаний были подробно изучены. Керамика, спеченная при 1060 °C, имела оптимальную относительную плотность 96,3 %, относительно низкую диэлектрическую проницаемость 12,7, низкие диэлектрические потери 1,1 × 10–3 (на частоте 10 ГГц), значение τf –30 ppm/°C и КТР 11,0 частей на миллион/°C. Также были исследованы спектры комбинационного рассеяния и ионная поляризуемость керамики Ba2TiGe2O8.

2018

Керамика Ca1-xSrxWO4 (x = 0, 0,02, 0,04, 0,06, 0,08, 0,10) была изготовлена с помощью твердофазной реакции, и взаимосвязь между микроволновыми диэлектрическими свойствами Ca1-xSrxWO4, ионностью связи, энергией решетки и энергией связи систематически изучалась. исследуется впервые. На рентгенограммах Ca1-xSrxWO4 наблюдается тетрагональная структура шеелита и отсутствие второй фазы во всех составах. Установлено, что диэлектрические свойства Ca1-xSrxWO4 связаны с микроструктурой: диэлектрическая проницаемость (εr) Ca1-xSrxWO4 зависит от ионности связи; на добротность (Q×f0) Ca1-xSrxWO4 влияла энергия решетки Wsite, когда преобладали собственные потери; температурный коэффициент резонансной частоты (τf) увеличился бы, если бы энергия связи B-сайта уменьшилась. Керамика Ca1-xSrxWO4 показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, εr = 9,42, Q×f0 = 79876 ГГц и τf = -18,8 ppm/°C при x = 0,08 и спекании при 1100 °C в течение 4 часов. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика играет важную роль в разработке систем глобального позиционирования, спутникового вещания и резонаторов 5G [1–3]. А превосходные микроволновые свойства эффективно уменьшат размеры устройств и повысят плотность упаковки микроволновых интегральных схем [4]. Актуальным стало исследование новой СВЧ-диэлектрической керамики с высокой диэлектрической проницаемостью (εr), высокой добротностью (Q×f0) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf). О материале с тетрагональной структурой шеелита CaWO4 с εr = 10,40, Q×f0 = 76 550 ГГц, τf = -22,4 ppm/°C впервые сообщили Kim et al. [5] Благодаря высокому значению Q×f0 и низкой температуре спекания (1100 °C) CaWO4 рассматривается как многообещающий материал для применения в микроволновой печи. В последние годы были предприняты некоторые усилия по снижению температуры спекания и улучшению диэлектрических свойств для удовлетворения требований применения. Wang et al. сообщили о керамике CaWO4, модифицированной Na2W2O7, которая может быть уплотнена при 850 °C в течение 2 часов, при этом ее диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне не сильно меняются при соответствующем количестве Na2W2O7 [6]. Керамика (1-x)CaWO4-xLi2WO4 также была исследована для снижения температуры спекания и показала выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства: εr = 9,00, Q×f0 = 117 600 ГГц и τf = -55,0 ppm/°C при x = 0,1, и температуру спекания последовательно снижали до 900 °С [7]. Кроме того, люди также пытались улучшить диэлектрические свойства микроволнового излучения путем замещения. Сяо и др. выявили влияние замещения Mo6+ в положении Ca на керамике Ca(W1-xMox)O4, а диэлектрическая проницаемость (εr) немного увеличилась с MoO3. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были достигнуты при x = 0,06: εr = 10,22, Q × f0 = 79,919 ГГц и τf = -40,4 ppm/°C [8]. Чжоу и др. В работе [9] исследованы микроволновые диэлектрические свойства [(Li0,5Ln0,5)1-xCax]MoO4 (Ln˭Sm и Nd) и установлено, что близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты может быть получен при x = 0,80 и 0,85 для твердых растворов [(Li0,5Sm0,5)1-xCax]MoO4 и [(Li0,5Nd0,5)1-xCax]MoO4 соответственно. В этой статье ионность связи, энергия решетки и энергия связи были рассчитаны на основе теории сложной химической связи [10]. Обсуждаются отношения между ионностью связи, энергией решетки, энергией связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Ca1-xSrxWO4. …… Заключение В данной работе исследовано влияние замены Ca2+ Sr2+ на микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca1-xSrxWO4. Все образцы Ca1-xSrxWO4 (0 ≤ x ≤ 0,10) были уплотнены, и вторая фаза не появлялась. Замена Sr2+ вызвала уменьшение диэлектрической проницаемости, увеличение Q×f0 и смещение τf в положительную сторону. Для системы Ca1-xSrxWO4 диэлектрическая проницаемость уменьшалась с уменьшением иконичности связи B-позиции; При x ≤ 0,08 Q×f0 увеличивается за счет увеличения энергии решетки W-узла; Значения τf смещаются в положительную сторону по мере увеличения энергии связи кислородного тетраэдра. А керамика Ca0,92Sr0,08WO4, спеченная при 1100 °C, показывает оптимальные микроволновые свойства: εr = 9,42, Q×f0 = 79876 ГГц и τf = -18,8 ppm/°C.

2018

Керамика Ca0,61Nd0,26Ti1-x(Cr0,5Ta0,5)xO3 (УНТ-CTx) со структурой орторомбического перовскита была приготовлена традиционным твердотельным методом. Рентгеновская дифракция (XRD), спектры комбинационного рассеяния и рентгеновские фотоэлектронные спектры (XPS) использовались для исследования корреляций между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики CNT-CTx. Результаты РФА показали, что все образцы УНТ-СТх кристаллизовались в орторомбическую структуру перовскита. Микрофотографии СЭМ показали, что средний размер зерна образцов зависит от температуры спекания. С увеличением концентрации (Cr0,5Ta0,5) 4+ наблюдалось значительное уменьшение среднего размера зерен образцов. По результатам анализа спектров КР в кристаллах УНТ-CTx доказано наличие структуры ближнего порядка (БРО) и структурных искажений кислородных октаэдров. Микроволновые диэлектрические свойства сильно зависят от полной ширины на полувысоте (FWHM) спектров комбинационного рассеяния, искажения кислородных октаэдров, восстановления Ti4+ до Ti3+ и валентности связи. Наконец, керамика CNT-CT0.05, спеченная при 1420 °C в течение 4 ч, продемонстрировала хорошие и стабильные всесторонние микроволновые диэлектрические свойства: относительная диэлектрическая проницаемость 96,5, добротность 14360 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты +153,3 м.д./млн. °С. Введение Существует большой спрос на микроволновую диэлектрическую керамику с превосходными свойствами, чтобы соответствовать высоким критериям микроволнового устройства в области глобальной системы позиционирования (GPS), технологии беспроводной локальной сети (WLAN) и керамических материалов подложки [1-4]. Таким образом, возникает потребность в более высоких микроволновых диэлектрических свойствах, чтобы удовлетворить характеристики миниатюризации, интеграции и выдающейся частотной избирательности и стабильности микроволновых компонентов, таких как желаемая относительная диэлектрическая проницаемость (εr), высокая добротность (Q × f) и почти нулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [5]. На сегодняшний день перовскитовая керамика на основе кальция и неодима привлекла большое внимание благодаря своим хорошим характеристикам относительной диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь. В частности, керамика Ca0,61Nd0,26TiO3 (УНТ) обещает стать подходящим микроволновым диэлектрическим материалом с εr ~ 108, Q × f ~ 17 200 ГГц и τf ~ +270 ppm/°C [6], но ее большие положительные Значение τf слишком велико для практического использования в СВЧ-устройстве. Следовательно, необходимо получить СВЧ-диэлектрический керамический материал с нулевой τf, предприняв некоторые эффективные меры. Сочетание двух или более керамик с совершенно противоположным значением τf является перспективным и эффективным способом настройки значения τf. Например, Чен и др. [7] исследовали микроволновые диэлектрические свойства и микроструктуру керамики Ca1-xNd2x/3TiO3-Li0,5Nd0,5TiO3 и обнаружили, что керамика 0,55Ca0,61Nd0,26TiO3-0,45(Li0,5Nd0,5)TiO3 имеет оптимальную микроволновую диэлектрическую проницаемость свойства εr ~ 101, Q×f ~ 5300 ГГц и τf ~ +13 ppm/°C. Керамика 0,55Ca0,6Nd0,8/3TiO3-0,45(Li0,5Nd0,5)TiO3 + 0,03Li была синтезирована при 1190 °C Zhou et al. [8] и имел единую орторомбическую структуру перовскита вместе с оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 129, Q × f = 3600 ГГц, τf = +38 ppm/°C. Кроме того, были синтезированы некубические комплексные перовскитные Nd(Zn0,5Ti0,5)O3 [9] и Nd(Mg0,5Ti0,5)O3 [10] керамики с моноклинной пространственной группой P21/n и отрицательным значением τf −49 ppm/°. C и чрезвычайно высокое произведение Q × f на частоте 45 000 ГГц. Отсюда новая керамическая система 0,4Nd (Zn0,5Ti0,5)O3-0,6Ca0,61Nd0,26TiO3 (εr = 56,3, Q × f = 54 400 ГГц, τf = +0,3 ppm/°C) с околонулевой τf были получены [11]. Ху и др. В работе [12] указано, что для керамики с температурной компенсацией τf (1-x)Ca0,61Nd0,26TiO3-xNd(Mg0,5Ti0,5)O3 + 1 мас. % CuO может быть достигнуто значение τf в диапазоне 0,3＜x＜0,5. Много соображений было уделено частичному замещению ионов Ti4+ ионами B-позиции для уменьшения положительных значений τf в перовскитных материалах ABO3, помимо объединения двух или более соединений с отрицательным значением τf, таких как Ca0,6La0,8/3(SnxTi1- x)O3 [13], (Sr0.2Ca0.488Nd0.208)Ti1-xGa4x/3O3 [14] и 0.2SrTiO3 0.8Ca0.61Nd0.26Ti1-xAl4x/3O3 [15] комплексные перовскиты. Кроме того, Мун и др. [16] и Лян и соавт. [17] предположили, что значение τf можно эффективно регулировать заменой ионов B-позиции, которые удовлетворяют условию, что радиус ионов B-позиции аналогичен радиусу ионов другого типа. Аналогично, ионный радиус Cr3+ (0,615 Å, КЧ = 6) и Ta5+ (0,64 Å, КЧ = 6) близок к радиусу Ti4+ (0,605 Å, КЧ = 6) [18]. Следовательно, целью данной работы является исследование корреляций между кристаллической структурой, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Ca0,61Nd0,26Ti1-x(Cr0,5Ta0,5)xO3 (CNT-CTx). ……………… Выводы Керамика CNT-CTx была приготовлена традиционным твердотельным методом. Было подробно исследовано влияние замещения (Cr0,5Ta0,5) 4+ на кристаллическую структуру, микроструктуру, спектроскопию комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства в керамике CNT-CTx. Рентгенофазовый анализ показал, что основная фаза всех образцов кристаллизовалась в виде орторомбической структуры перовскита и образовалась однофазная система. Но в образце УНТ-СТ0,125 обнаружены примесные фазы. Пики XRD (111), (131) и (311) подразумевают сверхотражения и возникают из-за противофазного наклона кислородных октаэдров. Изображения СЭМ показали, что средний размер зерна увеличивался с увеличением температуры спекания, но уменьшался с увеличением значения x. Согласно спектрам КР, замена Cr3+ и Ta5+ на B-сайте усилила интенсивность Ag-моды, что свидетельствует о формировании SRO-структуры в керамике CNT-CTx. Также усилилось искажение кислородных октаэдров, что подтверждается изменениями моды-5. Анализ результатов РФЭС показывает, что ион Cr3+ подавляет восстановление Ti4+, способствуя улучшению значений Q × f для керамики CNTCTx в диапазоне 0–0,05. При содержании (Cr0,5Ta0,5)4+ выше 0,075 структурное искажение не только способствовало уменьшению значений Q×f, но и приводило к уменьшению значений εr и τf. Наконец, керамика CNT-CTx была получена при 1420 °C с хорошими и стабильными комплексными свойствами εr = 96,5, Q×f = 14 360 ГГц и τf = +153,3 ppm/°C для x = 0,05.

2018

Из-за важности миниатюризации и интеграции для систем микроволновых цепей технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) стала незаменимым подходом к производству. Как правило, при проектировании LTCC-устройств обязательно должны учитываться высокая добротность (Qxf > 10 000 ГГц), соответствующая диэлектрическая проницаемость, близкий к нулю температурный коэффициент на резонансной частоте и низкая температура спекания (T < 961 °C). 1-3 Сообщалось о ряде диэлектрических керамических материалов на основе лития, таких как Li3AlB2O6, Li2WO4, Li2ZrO3 и Li3NbO4 2-5, которые применялись на практике. Среди них Li2ZrO3 имеет εr = 14,1, Q×f = 17 640 ГГц и τf = +39,3 ppm/°C, Li3NbO4, спеченный при 930 °C, имеет значения εr = 15,8, Q×f = 55 009 ГГц и τf = - 49 частей на миллион/°С. Между Li2ZrO3 и Li3NbO4 в системе Li2O–ZrO2–Nb2O5 могут существовать соединения с хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами и низкой температурой обжига. С этой целью были исследованы керамические композиты (1-x)Li3NbO4-(x)Li2ZrO3 (0≤x≤1). При x = 0,75 найдена искомая керамика Lri9Zr3NbO13. ……………… Вывод Наверняка существует соединение Li9Zr3NbO13 с преимуществами как хороших микроволновых диэлектрических свойств, так и низкой температуры обжига в системе Li2O–ZrO2–Nb2O5. Li9Zr3NbO13 существовал в виде твердого раствора типа Li2ZrO3 при 880-900°С. Как правило, Li9Zr3NbO13, спеченный при 900 °C, продемонстрировал превосходные свойства εr = 21,3, Q×f = 43 600 ГГц (на 7,4 ГГц), τf = 7,3 ppm/°C, что показывает большой потенциал для практического применения.

2018

Трехслойная керамическая архитектура с совместным обжигом, представленная как MgTiO3/TiO2/MgTiO3, была разработана для реализации термостабильных и сверхвысокодобротных микроволновых диэлектриков в типичной системе MgTiO3-TiO2. Исследовано влияние содержания TiO2 на микроволновые диэлектрические свойства трехслойной керамики совместного обжига. Благодаря конструкции трехслойной архитектуры с совместным обжигом химические реакции между MgTiO3 и TiO2 были ограничены в узкой области границ раздела MgTiO3/TiO2 (шириной ~15 мкм), что может быть полезно для оптимизации микроволновых диэлектрических свойств. Превосходные характеристики εr ~ 18,38, значения Q×f ~ 169 900 ГГц и τf ~ −1 ppm/C были получены для керамических архитектур MgTiO3/TiO2/MgTiO3 с 1,63 об.% TiO2. Текущая работа может послужить новой стратегией разработки высокоэффективных диэлектрических резонаторов и многослойных материалов для приложений беспроводной связи 5G. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика (MWDC) считается важнейшим компонентом современных систем беспроводной связи и промышленности с широким применением в фильтрах, резонаторах, подложках и т. д. [1-4]. Чтобы не отставать от технического прогресса, особенно для перехода от связи 4G к 5G, MWDC должны иметь надлежащую диэлектрическую проницаемость (εr), сверхвысокое значение Q×f (100 000 ГГц; Q = 1/tan) для хорошая частотная избирательность и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf), обеспечивающие хорошую температурную стабильность [5-7]. Поскольку «диэлектрический резонатор» (ДР) был впервые предсказан в 1939 г. [1], в настоящее время повсеместно распространены МВД с разнообразными характеристиками, и некоторые из них постепенно реализовали свое коммерческое применение в качестве ДР, например Ba(Mg,Zn)TaO3. , CaTiO3-NdAlO3, (Zr,Sn)TiO4 и BaO-Nd2O3-TiO2 [2,4,8,9]. Однако он оставляет позади множество аналогов с большим значением τf одновременно, что делает их далеко не применимыми [2,8]. Для разработки термостабильных MWDC на основе современных материалов было предпринято много усилий. Традиционно идея настройки τf заключается во введении инородных материалов (известных как температурные компенсаторы) с противоположным τf традиционным смешанным твердотельным путем, таким как твердые растворы CaTiO3-NdAlO3 и композиты MgTiO3-CaTiO3 [2,3,10]. Правда, еще не все введенные температурные компенсаторы могут хорошо сосуществовать с матричными материалами. Лежащие в основе химические реакции между ними могут привести к образованию некоторых новых или вторичных фаз, которые будут влиять на диэлектрические свойства микроволнового излучения, в частности, заставляя τf отличаться от ожидаемого. Например, TiO2 хорошо известен своей особой микроволновой диэлектрической характеристикой с высоким значением εr ~ 105 и большим положительным значением τf ~ +450 ppm/°C. Он может служить идеальным температурным компенсатором для многих МВДК (в том числе ZnNb2O6), имеющих высокое значение Q×f и отрицательное τf [11-13]. Однако в типичной системе (1-x)ZnNb2O6-xTiO2 химические реакции между концевыми элементами, по-видимому, протекают легко, учитывая сходство кристаллической структуры между ними. Это приводит к тому, что материалы претерпевают несколько фазовых зон наряду с увеличением содержания TiO2. В результате для получения близкого к нулю τf требуется относительно большое количество TiO2 (x = 0,58), а значение Q×f составляет всего 6000 ГГц [12]. Поскольку была предложена возможность настройки τf путем укладки двух типов цилиндрических материалов с противоположными τf, были предприняты попытки послойной инженерии для разработки термостабильных МВДК [14]. Однако, как сообщалось, большинство из них используют органические клеи для соединения каждого слоя вместе, такие как многослойная керамика Ba5Nb4O15/5ZnO-2Nb2O5, MgTiO3/CaTiO3 и ZnNb2O6/SrTiO3 [14-16]. Поскольку органические клеи будут стареть во время работы, это вызовет структурные и функциональные сбои в устройствах. Вероятно, из-за того, что непросто обеспечить хорошую совместимость при спекании различных керамических слоев, сообщалось о нескольких работах по многослойным архитектурам с совместным обжигом (цель-керамические материалы) в MWDC. Специально для материалов, которые имеют противоположные τf и не могут хорошо сосуществовать, такие многослойные керамические конструкции с совместным обжигом могут предоставить широкие возможности для реализации хорошей температурной стабильности путем их надлежащего укладки и совместного обжига. Между тем, схема укладки играет очень важную роль в микроволновых диэлектрических характеристиках многослойной керамики с совместным обжигом [15,17]. В нашей предыдущей работе было показано, что Zn1.01Nb2O6/TiO2/Zn1.01Nb2O6 является оптимальной схемой укладки среди доступных многослойных керамических архитектур совместного обжига, которые включают Zn1.01Nb2O6/TiO2 и TiO2/Zn1.01Nb2O6/TiO2 [17]. При смешивании с небольшим количеством TiO2 (1,84 об.%) в сплаве Zn1,01Nb2O6/TiO2/Zn1, подвергнутом совместному обжигу, могут быть достигнуты сверхвысокочастотные диэлектрические характеристики εr ~ 26,8, Q×f ~ 99 500 ГГц и почти нулевой τf. Трехслойная керамика 01Nb2O6. Как известно, MgTiO3 имеет высокое значение Q×f ~ 160 000 ГГц, сопровождающееся εr ~ 17 и τf ~ −50 ppm/C [9], и теоретически TiO2 также может быть идеальным температурным компенсатором для MgTiO3. И тем не менее, существует несколько соединений, таких как Mg2TiO4 и MgTi2O5, существующих в бинарной системе MgO-TiO2, поэтому не так просто отрегулировать τf MgTiO3 с помощью добавок TiO2 традиционным смешанным способом в твердом состоянии [2,9]. Благодаря конструкции трехслойной керамической архитектуры с совместным обжигом в системе Zn1.01Nb2O6-TiO2, в типичной системе MgTiO3-TiO2 со стеком был достигнут ультранизкий уровень потерь (Q×f ~ 169 900 ГГц) и термостабильный микроволновый диэлектрик. схема MgTiO3/TiO2/MgTiO3. Было изучено влияние содержания TiO2 на микроволновые диэлектрические свойства керамических конструкций с совместным обжигом. …………… 4. Выводы Сверхвысокодобротный и термостабильный микроволновый диэлектрик был разработан в типичной системе MgTiO3-TiO2 с помощью трехслойной керамической архитектуры с совместным обжигом, представленной как MgTiO3/TiO2/MgTiO3. При такой многослойной керамической архитектуре эффекты химических реакций между MgTiO3 и TiO2 могут быть эффективно ограничены узкой областью (шириной ~15 мкм) в границах раздела MgTiO3/TiO2. Между тем, эта промежуточная область может действовать как «клей» для хорошего связывания каждого слоя. Превосходные характеристики εr ~ 18,38, значения Q×f ~ 169 900 ГГц и τf ~ −1 ppm/C были достигнуты для керамических архитектур MgTiO3/TiO2/MgTiO3 с 1,63 об.% TiO2. Текущие результаты могут помочь в разработке новых стратегий для разработки высокопроизводительных диэлектрических резонаторов и многослойных материалов для приложений беспроводной связи 5G.

2018

Материал BiVO4 привлек большое внимание в последние годы из-за его активных фотокаталитических свойств в видимом свете, ярко-желтого цвета в качестве нетоксичного пигмента, а также его высокой относительной диэлектрической проницаемости (εr) и Qf (добротности, Q × резонансная частота, f) в качестве потенциальная микроволновая диэлектрическая керамика. В этом обзоре мы представляем происхождение, синтез, кристаллическую структуру и фазовые переходы четырех полиморфных фаз BiVO4: орторомбической (пухерит), циркона (драйерит), моноклинного шеелита (клинобисванит) и тетрагонального шеелита. Затем мы уточняем недавние исследования легированной керамики BiVO4 с точки зрения комплексных замещений позиций A, B и A/B. Низкая температура спекания (< 800 oC) и высокие значения εr могут быть получены в некоторых твердорастворных керамиках, а близкие к нулю значения температурного коэффициента резонансной частоты (TCF/τf) могут быть достигнуты в композитной керамике со слоистыми или гранулированными частицами. Кроме того, ряд термостабильных микроволновых диэлектрических керамик с высоким εr также может быть получен из многих композитных керамических материалов совместного обжига, таких как BiVO4-TiO2, BiVO4-TiO2-Bi2Ti4O11. Высокое значение εr, высокое значение Qf, низкая температура спекания и химическая совместимость с некоторыми неблагородными металлами позволяют предположить, что материалы на основе BiVO4 являются хорошими кандидатами для применения как в LTCC, так и в других микроволновых устройствах в современных технологиях 4G и будущих технологиях 5G. Введение Природный минерал BiVO4 кристаллизуется в орторомбической структуре (пучерит) с плотностью 6,63 г/см3. 1-3 Первая попытка синтеза BiVO4 методом осаждения из Na3VO4 и Bi(NO3)3 привела к образованию тетрагонального BiVO4 типа циркона с параметрами ячейки a = 7,290 Å, c = 6,444 Å и плотностью 6,25 г/см3. 4 BiVO4 со структурой циркона необратимо трансформировался в моноклинную структуру шеелита (фергусонит) при нагревании выше 400 oC. Моноклинный BiVO4 с плотностью ~ 6,98 г/см3 был впервые синтезирован Ротом и Варингом в 1963 г. с использованием твердофазной реакции между Bi2O3 и V2O5 при > 700 oC. Он плавится конгруэнтно при температуре около 940 oC.5 Рот и Варинг также обнаружили, что пучерит BiVO4 превращается в моноклинный при нагревании до 500 oC. Учитывая разницу в плотности трех полиморфов, Рот и Уоринг предположили, что пучерит BiVO4 на самом деле может быть минералом промежуточного давления, образовавшимся в земной коре, и, следовательно, не может быть синтезирован в лаборатории при атмосферном давлении. В 1974 г. Дудник и др.6 впервые сообщили, что моноклинный монокристалл BiVO4 подвергается сегнетоэластичному фазовому переходу примерно при 230 oC. В то же время Bierlein и Sleight,7 используя in-situ оптические методы и методы XRD, обнаружили, что моноклинная фаза BiVO4 при комнатной температуре имеет объемно-центрированную моноклинную структуру с пространственной группой I2/a, которая трансформируется в идеальную структуру шеелита с пространственной группой I41/а при 255 ± 2 oC. Бирлейн и Слейт утверждали, что переход моноклинной фазы в шеелит был сдвиговым и поэтому не мог быть подавлен закалкой. Было отмечено, что сегнетоэластический переход происходит либо в зависимости от температуры, либо от внешнего давления и считается вторым порядком. Последующие исследования фазового перехода в BiVO4 8,9 с использованием рамановской спектроскопии in-situ,10,11 просвечивающих электронов Страница 3 из 89 Journal of Materials Chemistry C Journal of Materials Chemistry C Принятая рукопись Опубликовано 09 августа 2018 г. 12.08.2018 9:24:57. Просмотреть статью на сайте DOI: 10.1039/C8TC02260G 4 микроскопия,12 двойное лучепреломление in-situ,13 и бриллюэновская спектроскопия14 предоставили согласованный набор описательных параметров для перехода, в котором неподеленная электронная пара на ионе Bi3+, как считалось, играет заметную роль. Хотя прямого применения BiVO4 из-за его сегнетоэластичности не было, он широко изучался и использовался в качестве фотокатализатора, пигментов и диэлектрика. для солнечного окисления Kudo et al. в 1998 г.15, так как он проявляет сильную фотокаталитическую активность в отношении выделения O2 из водных растворов нитрата серебра при облучении видимым светом. Впоследствии BiVO4 привлек большое внимание в качестве фотокатализаторов суспензионного типа для окисления воды, фотодеградации органических соединений18-21 и электродов для использования в качестве фотоанодов для фотоэлектрохимических элементов. Для этого приложения были предприняты усилия по изменению морфологии порошка, конструкции композитных структур, легирования и сочетания с катализаторами выделения кислорода для дальнейшего улучшения фотокаталитической активности порошков BiVO4. BiVO4 также широко используется в качестве желтой керамики, к которой человеческий глаз весьма чувствителен. Они заменили ранние коммерческие желтые пигменты на основе оксидов свинца и кадмия, которые были опасны для окружающей среды. После того, как американцы зарегистрировали BiVO4 как цветовой индекс (CI) -184, многие компании выпустили серию желтых пигментов на основе BiVO416,17,22-24, легированных молибденом или W. Пигменты BiVO4 обычно производятся с помощью двухстадийного процесса, в котором BiVO4 осаждается. синтезируются мягким химическим методом, а затем прокаливаются при более высокой температуре. Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется в диэлектрических резонаторах, фильтрах и подложках25-27, для которых часто требуется высокая диэлектрическая проницаемость (εr) для уменьшения объема устройства. В 2000 году Valant и Suvorov28 впервые сообщили о микроволновых диэлектрических свойствах керамики BiVO4 с ɛr ~ 68, добротностью (обратной диэлектрическим потерям × частоте, Qf) ~ 6500 ГГц и температурным коэффициентом резонансной частоты (TCF) ~ -260 ppm/oC, измеренный на частоте 5 ГГц. Однако они обнаружили, что BiVO4 реагирует с серебром при температуре спекания с образованием Bi3AgV2O10, что запрещает его использование в низкотемпературных керамических изделиях с совместным обжигом (LTCC). Впоследствии микроволновые диэлектрические свойства BiVO4, Qf ~ 8000 ГГц, εr ~ 68 и TCF ~ -243 ppm/°C были подтверждены Wee et al.29, и они были использованы для снижения температуры уплотнения керамики ZnNb2O6 с 1200 oC до приблизительно 925°C. Однако, в целом, большой -ve TCF наряду с его плохой совместимостью с внутренними электродами из Ag ограничивает применение BiVO4 в технологии LTCC, несмотря на присущую ему низкую температуру спекания (820 oC)30,31. В 2010 г. сообщалось, что (Li0,5Bi0,5)MoO4 образует полный твердый раствор с BiVO4 32, что сопровождается снижением температуры спекания до < 660 oC. Некоторые составы в составе твердого раствора (Li0,5xBi1-0,5x)(MoxV1-x)O4 хорошо уплотнялись, были химически совместимы как с алюминием, так и с медью и имели меньшую ВКФ, чем BiVO4. Этот результат свидетельствует о том, что BiVO4 может служить основой для разработки СВЧ-диэлектриков с низкой температурой спекания. Кроме того, технология мобильной связи была основана на 5G вместо нынешних 3G/4G. В будущем технология 5G с широкой полосой пропускания, малой временной задержкой и высокой скоростью передачи потребуется для удовлетворения потребностей беспроводных подключенных устройств в «Интернете вещей» (IoT). В технологии 5G в конечном итоге будут использоваться высокие частоты (> 24 ГГц) в так называемом режиме миллиметровых волн (εr < 10), но первоначально будут использоваться более низкие частоты (например, от 3 до 6 ГГц), которые требуют более высокого εr, обычно от 20 до 60, для уменьшения громкость устройства. Большой εr материалов на основе BiVO4 предполагает, что они могут лучше подходить для устройств беспроводной связи, а не в качестве резонаторов, для которых требуется более низкий εr. Независимо от используемых частот и требуемого εr, микроволновые диэлектрики требуют стр. 5 из 89. 57 утра. Просмотреть статью в Интернете. DOI: 10.1039/C8TC02260G 6. Высокая Qf и почти нулевая TCF. В этом вкладе мы критически рассматриваем текущее состояние дел в разработке композиций на основе BiVO4 для потенциального использования в РЧ-приложениях в контексте современных (4G) и будущих (5G) технологий. Это особенно важно, поскольку в ближайшие 10–20 лет электросвязь перейдет от применения сантиметровых волн к миллиметрам. Эта революция потребует новых материалов, в том числе диэлектриков с гораздо меньшими потерями для технологии LTCC, которая может работать на частотах >10 ГГц. В обзоре будут рассмотрены замена сайта A, тип дефекта сайта A, замена сайта B, комплексные замены сайта A/B и композитная керамика из трех полиморфов BiVO4, а также обобщение того, как эти модификации улучшают микроволновые диэлектрические свойства для будущих радиочастотных приложений. …………… 4. Резюме и будущая работа Из работы, представленной в этом обзоре, можно сделать некоторые ключевые выводы: 1. Моноклинный BiVO4 имеет необычную структуру шеелита, которая трансформируется в стандартную тетрагональную структуру шеелита при 255 oC, под внешним давлением (16 кбар) или эквивалентным внутренним давлением, вызванным B- подмена сайта. Растворимость моноклинного BiVO4 в твердом состоянии может быть увеличена до 10 мол.% за счет стехиометрического замещения (A+Ln3+) и Mo6+ в позиции A и B, что приводит к переходу в тетрагональную фазу. Только La или Ce из ионов Ln могут занимать позицию Bi3+ моноклинного BiVO4, что подтверждается сдвигом температуры фазового перехода, регистрируемым по аномалиям теплового расширения. Однако нет никаких доказательств того, что однократное замещение в А-сайте приводит к фазовому переходу в тетрагональную фазу. Все моноклинные твердые растворы BiVO4 независимо от заместителей в позициях A/B имеют более низкую температуру фазового перехода, чем чистый BiVO4 (255 oC). 2. Некоторые методы идеально подходят для определения фазового перехода в моноклинных твердых растворах BiVO4. При in-situ XRD слияние характеристических пиков XRD для достижения равных параметров ячеек a и b, сопровождающееся преобразованием гамма-угла до 90°, являются ключевыми показателями, определяющими начало фазового перехода. Точно так же слияние некоторых характерных мод колебаний при фазовом переходе, вызванное релаксацией искаженных тетраэдров BO4 с образованием двух равных длин связей BO, можно наблюдать с использованием спектров комбинационного рассеяния света in situ и инфракрасных спектров. Внезапные изменения коэффициента теплового расширения (моноклинный и тетрагональный шеелит составляют около +5 ppm/oC и +14 ppm/oC соответственно) также могут быть использованы для определения температуры фазового перехода. Наконец, согласно соотношению LST, пиковое значение εr будет иметь место при температуре фазового перехода. 3. Наличие пикового значения εr в керамике твердого раствора BiVO4 при фазовом переходе позволяет замещениям, например (ALn3+)MoO4, оптимизировать свойства (εr увеличивается с 68 до 81) за счет снижения температуры превращения до комнатной. Пик εr возникает, например, в керамике BiVO4-(Li0,5Bi0,5)MoO4, поскольку на границе раздела фаз достигается минимальное значение объема ячейки. εr определяется объемом клетки и молекулярной поляризуемостью, поэтому, если поляризуемость замещающих ионов меньше, чем у Bi3+, εr может уменьшаться линейно с уменьшением содержания Bi. Qf часто достигает максимального значения в составах с границами раздела фаз из-за оптимизации коэффициента упаковки атомов. Наибольшая Qf (~ 13000 ГГц) была получена в керамике 0,02Bi(Fe1/3Mo2/3)O4–0,98BiVO4, спеченной при 820 oC с εr ~ 74,8. Однако из-за существования фазового перехода термостабильная керамика не может быть получена в твердых растворах. Температуры фазового перехода выше 85 oC приводят к большой -ve TCF (- 200 ppm/oC, моноклинная), но ниже комнатной температуры большая +ve TCF (+ 200 ppm/oC, тетрагональная) между 25 ~ 85 oC. Однако композиционные материалы со слоистыми или гранулированными частицами, содержащие два состава с отрицательными и положительными значениями TCF соответственно, могут обеспечить термостабильную композитную керамику с высокой диэлектрической проницаемостью. Совместимые композиции с большими концевыми элементами +ve TCF, такие как TiO2 (TCF = + 400 ppm/oC), позволяют создавать композитную керамику с BiVO4. В системе BiVO4-TiO2-Bi2Ti4O11 также прогнозируется диапазон термостабильной микроволновой диэлектрической керамики, подходящей для применения в LTCC. 4. На сегодняшний день все исследования по модификации керамики BiVO4 ограничены бинарными системами BiVO4-ABO4. Поскольку шеелит представляет собой адаптируемый структурный тип, новые диэлектрические свойства для микроволнового излучения могут быть достигнуты в тройных или четверных системах. Поскольку оба порошка V2O5 и MoO3 частично растворимы в воде, материалы BiVO4-(A+Bi)MoO4 могут быть пригодны для холодного спекания. материалы на их основе могут быть многообещающими кандидатами для производства с использованием экологически чистых методов синтеза.

2018

В настоящей работе новая керамика MgAl2Ti3O10 была получена с использованием традиционного метода твердотельной реакции. Рентгеноструктурный анализ и энергодисперсионный спектрометр показали, что основная фаза MgAl2Ti3O10 образовалась после спекания при 1300–1450 °С. При повышении температуры спекания с 1300 до 1450 °С объемная плотность (ρ), относительная диэлектрическая проницаемость (εr) и величина Q×f сначала увеличивались, достигая максимальных значений (3,61 г/см3, 14,9 и 26450 ГГц), а затем уменьшилось. Температурный коэффициент частоты резонатора (τf ) показал незначительное изменение в отрицательном диапазоне от -94,6 до -83,7 ppm/°C. При температуре спекания 1400 °C керамика MgAl2Ti3O10 продемонстрировала наилучшие микроволновые диэлектрические свойства с Q×f=26450 ГГц, εr=14,9 и τf=-83,7 ppm/°C. Введение С быстрым развитием мобильной связи резко возрастают требования к электронным устройствам с высокой частотой, легким весом и низкой стоимостью. Для выполнения вышеуказанных требований к СВЧ-компонентам необходимы низкая диэлектрическая проницаемость, высокое значение Q×f и близкое к нулю значение τf [1–5]. Хорошо известно, что микроволновые диэлектрические материалы выполняют функции разделения, передачи и резонанса в цепи [6–8]. В последние годы были исследованы многие керамические системы с хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, такие как Ba(X, Y)O3 (X = Zn, Mg, Y = Nb, Ta) [9], (Zr, Sn)TiO4 [10]. ] и BaO–TiO2 [11], но высокая стоимость сырья ограничивала их дальнейшее применение. Кагата и др. В работе [12] сообщается, что тройная система состава Al2O3–MgO–ReOx (Re: редкоземельный элемент) имеет низкую диэлектрическую проницаемость и близкое к нулю значение τf. Тем не менее, дорогое сырье также ограничивало его коммерческое применение. Таким образом, все больше работ сосредоточено на поиске новых систем материалов с низкой стоимостью сырья. Бридж и др. [13] сообщили, что керамическая система MgO–Al2O3–TiO2 демонстрирует низкую стоимость сырья, которое было наиболее распространенным микроволновым материалом, используемым в керамической упаковке. Кордиеритовая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью и диэлектрическими потерями, высокой химической и термической стабильностью соответствует направлениям миниатюризации, поэтому в последние годы широко исследуются и применяются все новые и новые керамические материалы [14–16]. В данной работе керамика MgAl2Ti3O10 была получена традиционным методом твердофазной реакции (ТТР). Кроме того, изучались фазовый состав, микроструктура и микродиэлектрические свойства керамики. Вывод Керамика MgAl2Ti3O10 была приготовлена традиционным методом SSR. Образовалась основная фаза MgAl2Ti3O10 с небольшим количеством TiO2 и Al2O3. При достижении температуры спекания 1400 °С керамика MgAl2Ti3O10 проявляла высокую кристалличность и равномерную зернистость. При повышении температуры спекания значения εr, Q×f и τf керамики MgAl2Ti3O10 соответствуют законам изменения насыпной плотности.

2019

Две керамики Li2TiMO5 (M = Ge, Si) с тетрагональной структурой натисита, изготовленные с использованием обычного метода твердотельной реакции, были исследованы с точки зрения термической стабильности, поведения при спекании и диэлектрических свойств в радиочастотном (РЧ) и микроволновом диапазонах частот. При оптимальной температуре спекания 1140 °C Li2TiGeO5 (LTG) имеет εr ˜ 9,43, Q×f ˜ 65 300 ГГц (на 14,7 ГГц) и τf ˜ +24,1 ppm/°C, а Li2TiSiO5 (LTS) спекается при 1180 °C. C показывает εr ˜ 9,89, Q×f ˜ 38 100 ГГц (на 14,2 ГГц) и τf ˜ +50,1 ppm/°C. Положительные значения τf современных LTG и LTS являются аномальными и чрезвычайно важными для СВЧ-диэлектрической керамики с низким εr, которая может вести себя как перспективный компенсатор τf. Кроме того, в диэлектрических спектрах обеих керамик обнаружен фазовый переход при низких температурах с наличием диэлектрического пика, который может объяснить отрицательное значение τε и положительное значение τf в диапазоне рабочих температур. Введение Для вещания на высоких частотах от радио (РЧ) до микроволнового и до миллиметрового диапазонов волн используются маломощные диэлектрические материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (εr, сокращение времени задержки распространения и улучшение скорости передачи) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf ≈ 0 ppm/o C) широко требуются и изучаются [1,2]. Чтобы удовлетворить потребности быстрорастущих современных коммуникаций, было приложено много усилий для разработки новых диэлектрических керамических материалов с высокими характеристиками. Сообщалось, что некоторые силикаты обладают низким εr ниже 10, что может быть связано с низкой ионной поляризуемостью Si4+ (0,87 Å3) [3] и сильным влиянием ковалентной связи Si-O из-за его условия координации для образования [3]. SiO4] тетраэдр [4]. Предыдущие работы по силикатным системам в основном были сосредоточены на керамических материалах из кордиерита Mg2Al4Si5O18, Sr2AlSiO7, силлиманита (Al2SiO5), MgSiO3, виллемита (Zn2SiO4) и форстерита Mg2SiO4 с низким значением εr (4,73–9,5) и сверхнизкими диэлектрическими потерями (78 500–270 000 ГГц) [5–10], которые были предложены в качестве перспективных керамических материалов для подложек. Хотя сообщалось, что эти силикаты демонстрируют высокие значения Q×f, их высокая температура спекания (> 1300 °C), в основном связанная с химической тугоплавкостью SiO2, и большие отрицательные значения τf (<-20 ppm/°C) в некоторой степени препятствуют их практическому применению. Учитывая одинаковую валентность и координационное предпочтение Ge4+ и Si4+, разумно ожидать, что германаты будут проявлять такие же диэлектрические свойства, что и силикаты с той же кристаллографической структурой. Кроме того, температура спекания керамики на основе германия, такой как CaGeO3 [11], Zn2GeO4 [12], (Zn1-xMgx)1,918GeO3,918 (0,2 ≤ x ≤ 0,6) [13] и Ba2MGe2O7 (M = Mg и Zn) [ 14], значительно ниже, чем у их силикатных аналогов. Что касается этих первоначальных достижений в области силикатных и германатных диэлектриков, все еще остаются широкие возможности для изучения новой микроволновой диэлектрической керамики. Соединения типа натисита имеют общую формулу A2BMO5 (A = Li+, Na+; B = Ti4+, V4+; M = Si4+, Ge4+), в которой атомы A, B и M имеют 6, 5 и 4 ближайших соседа по кислороду, занимающих виккофф сайты 4e, 2c и 2a соответственно. Они кристаллизуются в слоистую структуру, состоящую из квадратных пирамид [BO5] 6- и тетраэдров [MO4] 4, имеющих общий угол вдоль оси b с образованием слоистой полосы, в которой ионы A располагаются между слоями [15]. Из-за сильной анизотропии натиситоподобных структур предыдущие работы в основном были сосредоточены на физических свойствах, таких как ионная проводимость и световые характеристики, а также параупругий-ферроэластический переход поликристаллического и легированного монокристалла [16,17]. Принимая во внимание потенциальные диэлектрические характеристики и структурную регулируемость силикатов и германатов, были приготовлены две керамики Li2TiMO5 (M = Si, Ge) типа натисита, а затем исследованы их термическая стабильность, поведение при спекании и диэлектрические свойства в ВЧ- и СВЧ-диапазоне частот. …………… Вывод Керамика тетрагональной структуры натисита Li2TiMO5 (M = Si, Ge) была синтезирована при 1050–1200 °С традиционным твердотельным методом. Диэлектрические свойства охарактеризованы в широком диапазоне частот (ВЧ-СВЧ) и температур (-150-120°С). Температура уплотняющего спекания керамики LTG ~ 1140 °C ниже, чем у LTS ~ 1180 °C. Кроме того, как LTG (εr ˜ 9,43), так и LTS (εr ˜ 9,89) продемонстрировали аномально положительные значения τf τf ˜ +24,1 и τf ˜ +50,1 ppm/°C соответственно, диэлектрический пик, связанный с фазовым переходом при низкой температуре. Спектры импеданса LTG и LTS, измеренные в диапазоне RF, могут быть проанализированы с использованием двух элементов эквивалентной схемы, один из которых относится к сопротивлению зерна, а другой — к сопротивлению границы зерна.

2019

Керамика MgTiTa2O8 была изготовлена традиционным твердотельным методом, и впервые сообщалось об их микроволновых диэлектрических свойствах. Керамика MgTiTa2O8 хорошо спекалась в диапазоне температур (1150–1300 °С), достигая оптимальной плотности (~ 95 %) при 1225 °С. Рентгеновская дифракция и результаты ее уточнения по Ритвельду подтвердили, что керамика MgTiTa2O8 кристаллизовалась в структуру типа трирутила с пространственной группой P42/mnm (136). Керамика MgTiTa2O8, спеченная при 1225 °C, продемонстрировала оптимизированные диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью 41,6, значением Q×f 30 000 ГГц (резонансная частота = 7,6 ГГц) и значением τf +103,9 миллионных долей/°C. Введение Чтобы удовлетворить растущую потребность в миниатюризации микроволновых устройств и их приложений в системах связи 5G, крайне желательно разработать высокоэффективные микроволновые диэлектрические материалы с диэлектрической проницаемостью от средней до высокой (εr), высокой добротностью (Q ×f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) [1]. Что касается СВЧ-диэлектрических материалов со средней диэлектрической проницаемостью, многочисленные ранние исследования были сосредоточены на системах BaTi4O9 [2], Ba2Ti9O20 [3] и (Zr, Sn)TiO4 [4], которые достигли близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты и высокой диэлектрическая проницаемость (εr ≈ 40). Тем не менее относительно более низкие значения Q×f ( 30) и малые диэлектрические потери. Сообщается, что это семейство обладает двумя различными кристаллическими структурами: орторомбической структурой иксолита для A = Mg2+ и Zn2+ [6-9] и тетрагональной структурой рутила для A = Cu2+, Co2+ и Ni2+ [8, 10-14]. Преобразование фазовых структур, вызванное ионным замещением A-сайта, оказало значительное влияние на их микроволновые диэлектрические свойства. Керамика со структурой иксолита [6-9] показала диэлектрическую проницаемость 33,8 ~ 44,4 и отрицательные значения τf -19,2 ~ -75,8 ppm/°C, тогда как керамика со структурой рутила [8, 10-14] показала более высокую диэлектрическую проницаемость 56,8. ~ 71,2 и положительные значения τf +49,2 ~ +223,2 ppm/°C. Увеличение диэлектрической проницаемости обусловлено высоким структурным коэффициентом С21 структуры рутила [15], а изменение значений τf может быть объяснено искажением (АО) кислородного октаэдра, возникающим при фазовом переходе согласно предыдущим исследованиям с участием систем BiNbO4 [16] , (Zn1/3Nb2/3)0,4(Ti1-xSnx)0,6O2 (0,15 ≤ x ≤ 0,3) [17] и (Zn1/3B2/3 5+)xTi1-xO2 (B = Nb5+, Ta5+) ( 0,4 ≤ x ≤ 0,7) [18]. Для значений Q×f изменение было незначительным, все варьировалось от 10 000 до 70 000 для большинства из этих двух видов керамики. В частном случае среди этого семейства керамика ZnTiNb2O8 показала выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства (εr = 37,4, Q×f = 194 000 ГГц и τf = -58 ppm/°C) [8], однако, насколько нам известно, никто впоследствии не повторил подобных результатов. Кроме того, J. H. Park et al. В работе [19] была приготовлена керамика ZnTiTa2O8 со структурой типа трирутила и исследованы их диэлектрические свойства: εr ~ 46,2, Q×f ~ 36700 ГГц и τf ~ +74 ppm/°C. Можно задаться вопросом, будет ли семейство ATiTa2O8 (A = Mg2+, Cu2+, Co2+, Ni2+) следовать тому же явлению, что и семейство ATiNb2O8, которое заслуживает дальнейшего изучения. Подобно ZnTiTa2O8，керамика MgTiTa2O8 также имеет структуру трирутильного типа с упорядоченным расположением катионов металлов Mg2+/Ti4+/Ta5+, о чем сообщил Нобухиро Кумада [20], однако, насколько нам известно, о ее микроволновых диэлектрических свойствах еще не сообщалось. . В данной работе были приготовлены керамики MgTiTa2O8 и исследованы их спекаемость, фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. ………… Выводы В этой работе новая микроволновая диэлектрическая керамика MgTiTa2O8 была приготовлена компанией Materials S.T. (°C) r ε ƒ τ (ppm/°C) Q׃ (ГГц) Кристаллическая структура Ref ZnTiNb2O8 1100 37,4 -58 194000 иксиолит [8] ZnTiNb2O8 1100 34,3 -52 42500 иксиолит [29] ZnTiNb2O8 1100 34,4 -47,94 [9] mgtinb2o8 1300 44.36 -41.7 130000 44.36 -41.7 13600 IXiolite [6] CutinB2O8 960 71.2 +49.2 11000 RUTILE [11] COTINB2O8 1080 64.7 +202 12141 RUTILE [12] COTINB2O8 1200 64 +223.2 65300 RUTILE [8] NitinB2O8 1140 60,6 +76,6 70100 RUTILE [14] NiTiNb2O8 1160 56,8 +79,1 21100 рутил [13] ZnTiTa2O8 1250 46,2 +74 36700 трирутил [19] MgTiTa2O8 1225 41,6 +103,9 30000 трирутил Эта работа 8 твердофазный метод реакции. Исследована кристаллическая структура, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики MgTiTa2O8. Керамика MgTiTa2O8 показала структуру трирутильного типа при температурах спекания (1150-1300 °C), в которой катионы были упорядочены как (Mg0,39Ti0,39Ta0,22) и (Mg0,18Ti0,18Ta0,64) при двух кристаллографических сайты 2а и 4f. При 1225 °C керамика обладала наибольшей плотностью и демонстрировала превосходные микроволновые диэлектрические свойства со значением εr 41,6, значением Q׃ 30 000 ГГц и значением ƒ τ +103,9 ppm/°C, что делает эту керамику перспективной для применения. в микроволновых компонентах.

2019

Новая микроволновая диэлектрическая керамика Sr2CeO4 со сверхнизкими потерями была изготовлена традиционным твердотельным методом. Рентгеновская дифракция и результаты уточнения по Ритвельду показывают, что керамика чистой фазы Sr2CeO4 принадлежит к орторомбической структуре с пространственной группой Pbam. Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии выявляет плотную и однородную микроструктуру. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 14,8, Q×f = 172 600 ГГц (9,4 ГГц) и τf = -62 ppm/°C были получены при спекании при 1270 °C в течение 4 часов. Кроме того, было обнаружено, что замена небольшого количества Ti4+ на Ce4+ оказывает значительное влияние на морфологию зерен, поведение при спекании, фазовую структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Среди них керамика Sr2Ce0,65Ti0,35O4, спеченная при 1350 °C в течение 4 ч, демонстрирует почти нулевое значение τf, равное -1,8 ppm/°C, εr, равное 20,7, и Q×f, равное 115 550 ГГц (8,1 ГГц) из-за его фазовая структура, демонстрирующая большой потенциал применения. Введение С быстрым развитием технологии микроволновой связи диэлектрическая керамика привлекла широкое внимание, поскольку новая микроволновая диэлектрическая керамика Sr2CeO4 со сверхнизкими потерями была изготовлена с помощью обычного твердотельного метода. Рентгеновская дифракция и результаты уточнения по Ритвельду показывают, что керамика чистой фазы Sr2CeO4 принадлежит к орторомбической структуре с пространственной группой Pbam. Анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии выявляет плотную и однородную микроструктуру. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 14,8, Q×f = 172 600 ГГц (9,4 ГГц) и τf = -62 ppm/°C были получены при спекании при 1270 °C в течение 4 часов. Кроме того, было обнаружено, что замена небольшого количества Ti4+ на Ce4+ оказывает значительное влияние на морфологию зерен, поведение при спекании, фазовую структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Среди них керамика Sr2Ce0,65Ti0,35O4, спеченная при 1350 °C в течение 4 часов, демонстрирует почти нулевое значение τf –1,8 ppm/°C, εr 20,7 и Q×f 115 550 ГГц (8,1 ГГц) из-за своей двухфазной структуры. , показывая большой потенциал применения материалов для СВЧ-резонаторов, фильтров и других пассивных устройств [1,2]. Кроме того, недавний прогресс в области Интернета вещей (IoT), интеллектуальных транспортных систем (ITS), систем мобильной связи пятого поколения (5G) и т. д. привел к увеличению потребности в конструкциях новых микроволновых диэлектрических компонентов и диэлектрических материалов с подходящая диэлектрическая проницаемость (εr), низкие диэлектрические потери (высокая добротность Q = 1/tanδ) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [3]. К настоящему времени широко изучено большое количество диэлектрических материалов с малыми потерями, таких как Mg2SiO4, MgAl2O4, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 и Ba (Zn1/3Ta2/3)O3, но их большие отрицательные τf ограничивают их возможное применение в микроволновых устройствах. Чтобы настроить τf близко к нулю, несколько исследований были сосредоточены на различных методах обработки, таких как замещение ионов B-позиции [4–6] или использование некоторых добавок [7]. Однако нежелательные вторичные фазы и неоднородная микроструктура могут привести к ухудшению электрических характеристик из-за химической реакции различных составов или фаз [8,9]. Орторомбическая керамика Sr2CeO4 широко изучалась как превосходный люминесцентный материал. Синий излучающий люминофор был впервые синтезирован с использованием комбинаторного метода Danielson et al. [10]. Фаза Sr2CeO4, по-видимому, обладает изоморфной структурой слоистой фазы Раддлсдона-Поппера Sr2TiO4 [11], но принадлежит к структуре типа Sr2PbO4 [12,13]. Структура типа Sr2PbO4 состоит из необычных одномерных цепочек CeO6 с общими ребрами. октаэдров вдоль [001], в отличие от двумерных октаэдрических плоскостей TiO6 с общими ребрами в Sr2TiO4 (пространственная группа I4/mmm). Поскольку радиус Ti4+ (0,605 Å) намного меньше, чем у Ce4+ (0,87 Å), растворимость Ti4+ в твердом состоянии в B-сайте ограничена. Более того, о микроволновых диэлектрических свойствах Sr2TiO4 (εr = 42, Q×f = 145 200 ГГц, τf = + 130 ppm/°C) сообщалось Liu et al. [14]. В данной работе была синтезирована керамика Sr2CeO4 с чистой фазой, при этом особое внимание уделялось ее микроволновым диэлектрическим свойствам. Кроме того, небольшое количество Ti4+ было использовано для дальнейшей модификации фазовой структуры и микроволновых диэлектрических свойств керамики Sr2CeO4. Поведение при спекании, фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Sr2Ce1-xTixO4 (0 ≤ x ≤ 0,5) были подробно изучены, когда мы ……………… Выводы В этой работе новая микроволновая диэлектрическая керамика Sr2CeO4 с малыми потерями и одномерной цепной структурой была успешно приготовлена стандартным методом твердотельной реакции. Соединение с однородной и плотной микроструктурой имеет εr 14,8, сверхвысокую Q×f 172 600 ГГц (9,4 ГГц) и τf -62 ppm/°C после спекания при 1270 °C в течение 4 часов. Кроме того, было обнаружено, что замена Ce4+ на Ti4+ в керамике Sr2CeO4 индуцирует фазу Sr2TiO4, что приводит к очевидному изменению τf от отрицательных до положительных значений. При этом значение εr керамики постепенно увеличивается, а значения Q×f несколько уменьшаются. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 20,7, Q×f = 115 550 ГГц (8,1 ГГц) и τf = -1,8 ppm/°C получены в составе x = 0,35 после спекания при 1350 °C в течение 4 часов.

2019

BaCu(B2O5) представляет собой типичную микроволновую диэлектрическую керамику (MDC) с низкой температурой спекания, но имеет большой отрицательный температурный коэффициент резонансной частоты (τf), что затрудняет ее использование в беспроводной связи. Мы используем TiO2 для улучшения температурной стабильности резонансной частоты и выявляем влияние TiO2 на уплотнение и микроволновые диэлектрические свойства BaCu(B2O5). Здесь мы показываем, что BaCu(B2O5) можно хорошо спекать при 825°C с надлежащими добавками TiO2; находим, что зерна TiO2 равномерно распределяются в границах зерен BaCu(B2O5), что приводит к компенсации τf BaCu(B2O5). Повышенная температурная стабильность резонансной частоты может быть достигнута за счет надлежащего увеличения содержания TiO2. Новый термостабильный (1-x)BaCu(B2O5)–xTiO2 (x=0,20) МДК (τf = -0,8±3,0 ppm/°C, εr= 8,8±0,36, Q×f = 28612±1170 ГГц) получают с использованием дешевого сырья. Наши результаты дают базовую информацию, необходимую для разработки термостабильных MDC для приложений беспроводной связи. Введение Высокоэффективная микроволновая диэлектрическая керамика привлекла широкое внимание в связи с быстрым развитием беспроводной связи [1-3]. Технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) широко используется для выполнения требований миниатюризации, интеграции и многофункциональности. Эта технология требует от СВЧ-диэлектрической керамики низких температур спекания, близких к нулю температурных коэффициентов резонансной частоты и высоких добротностей [4]. Недорогие и устойчивые производства также стали ключевыми направлениями из-за недавних проблем с энергией и окружающей средой. За последнее десятилетие BaCu(B2O5) широко использовался в качестве эффективной добавки для спекания благодаря низкой температуре плавления (∼850°C) и хорошей смачиваемости для снижения температуры спекания диэлектрической керамики [5-11]. Между тем, BaCu(B2O5) можно легко изготовить, используя некоторые простые сырьевые материалы: Ba(OH)2 .8H2O, CuO и H3BO3. Кроме того, BaCu(B2O5) обладает низкой относительной диэлектрической проницаемостью (7,4) и высоким коэффициентом добротности (50000 ГГц), что делает его потенциальным кандидатом для микроволновых применений [5]. Однако BaCu(B2O5) имеет большое отрицательное значение τf (-32 ppm/°C), что исключает его использование в практических целях. К счастью, большой τf (положительный или отрицательный) можно компенсировать добавлением соединения с противоположным значением τf. Известно, что TiO2 имеет большое положительное значение τf (+460 ppm/°C) [12] и успешно используется для улучшения температурной стабильности резонансной частоты многих микроволновых диэлектрических керамик [13-18]. Тем не менее, в литературе нет сообщений о корректировке значения τf BaCu(B2O5) добавками TiO2. Поэтому в данном исследовании мы пытаемся представить новую термостабильную и недорогую микроволновую диэлектрическую керамику на основе системы (1-x)BaCu(B2O5)-xTiO2. Также были исследованы фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики (1-x)BaCu(B2O5)-xTiO2 (0,10≤x≤0,30) в зависимости от содержания TiO2. …………… 4. Выводы Новая термостабильная керамика (1-x)Ba(B2O5)-xTiO2 была изготовлена методом твердофазной реакции с использованием недорогого сырья: TiO2, Ba(OH)2 .8H2O, CuO и H3BO3. Моноклинная фаза BaCu(B2O5) сосуществует с фазой TiO2. С увеличением содержания TiO2 (x) значение εr увеличивается с 7,4±0,30 до 12,6±0,32, а τf монотонно смещается от отрицательного (-32±3,8 ppm/°C) до положительного (29,4±3,0 ppm/°C). . При этом Q×f уменьшается с 50000±1050 ГГц до 19875±1860 ГГц. Термостабильная (τf=-0,8±3,0 ppm/°C) керамика 0,80BaCu(B2O5)−0,20TiO2 с εr=8,8±0,36 и Q×f=28612±1170 ГГц была получена при 825°C. Кроме того, керамика 0,80BaCu(B2O5)-0,20TiO2 может быть многообещающим и конкурентоспособным кандидатом для применения в LTCC.

2019

В системе (Bi1-xCex)VO4 (0 ≤ x ≤ 1) установлено, что (Bi1-xCex)VO4 (0 ≤ x ≤ 0,1) относится к моноклинной шеелитовой фазе, а (Bi1-xCex)VO4 (0,7 ≤ x ≤ 1) относится к фазе тетрагонального циркона, а (Bi1-xCex)VO4 (0,1 < x < 0,7) относится к смешанным фазам как моноклинной структуры шеелита, так и тетрагональной структуры циркона. Интересно, что в этой системе появились две составляющие с близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (ТКЧ). В нашей предыдущей работе была получена околонулевая ВКФ ~ +15 ppm/oC в керамике (Bi0,75Ce0,25)VO4 с диэлектрической проницаемостью (εr) ~ 47,9, Qf (Q = добротность = 1/диэлектрические потери; f = резонансная частота) значение ~18 000 ГГц (на частоте 7,6 ГГц). Кроме того, в настоящей работе была получена еще одна температуростойкая микроволновая диэлектрическая керамика в составе (Bi0,05Ce0,95)VO4, спеченная при 950 oC и проявляющая хорошие микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 11,9, Qf ~ 22 360 ГГц (на 10,6 ГГц), почти нулевой TCF ~ +6,6 ppm/oC. Результаты показывают, что эта система может быть интересным кандидатом для применения в микроволновых устройствах. ВВЕДЕНИЕ Диэлектрические материалы для микроволнового излучения играют ключевую роль в глобальном обществе, с широким спектром приложений, охватывающих наземную и спутниковую связь, включая Интернет вещей (IoT), программное радио, GPS, DBS TV, мониторинг окружающей среды через спутник и т. д. Температурный коэффициент резонансная частота (РЧФ) является одним из важных параметров СВЧ диэлектрической керамики. Диэлектрический резонатор обычно использует частоту определенной формы колебаний диэлектрической керамики в качестве центральной частоты. Поэтому для устранения температурного дрейфа резонансной частотной характеристики резонатора необходимо сделать ВКФ близкой к нулю [1-7]. В 2000 г. Валант и Суворов8 впервые сообщили, что керамика BiVO4 не только спекается при низкой температуре (< 900 oC), но также обладают превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, с диэлектрической проницаемостью (εr) ~ 68, значением Qf (Q = добротность = 1/диэлектрические потери; f = резонансная частота) ~ 6500 ГГц, отрицательной TCF ~ -260 частей на миллион/oC. Однако большой отрицательный температурный коэффициент резонансной частоты будет ограничивать его применение в СВЧ-устройствах, поэтому дальнейшие исследования по корректировке ВКФ керамики BiVO4 почти до нуля представляют большой интерес. В нашей предыдущей работе9 керамика (Bi1-xCex)VO4 (x ≤ 0,6) была получена твердофазным реакционным методом и получена околонулевая температура коэффициента резонансной частоты (+15 ppm/oC) в (Керамика Bi0,75Ce0,25)VO4 с диэлектрической проницаемостью ∼ 47,9, значением Qf ∼ 18000 ГГц. Однако мы заметили, что (Bi0,4Ce0,6)VO4 имеет TCF = +173 ppm/oC, а микроволновые диэлектрические свойства структурированного цирконом CeVO4 были описаны Zuo et al.10 с диэлектрической проницаемостью ~ 12,3, a Значение Qf ~ 41 460 ГГц и отрицательное значение TCF ~ -34,4 ppm/oC. Кроме того, из псевдофазовой диаграммы системы (Bi1-xCex)VO4, приведенной в литературе,9, 11 (Bi1-xCex)VO4 должна быть фазой тетрагонального циркона между x = 0,6 ~ 1. Следовательно, есть возможности разработать термостойкую микроволновую диэлектрическую керамику в твердых растворах (Bi1-xCex)VO4 (0,6 < x < 1). В этом исследовании керамика твердого раствора (Bi1-xCex)VO4 (0,7 ≤ x ≤ 0,95) была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции для получения термостабильной микроволновой диэлектрической керамики с близким к нулю ВКФ. Были подробно исследованы структурная эволюция, поведение при спекании, микроструктура, микроволновые диэлектрические свойства. ………………………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ В керамике (Bi1-xCex)VO4 (0,7 ≤ x ≤ 0,95) формировался твердый раствор со структурой тетрагонального типа циркона. При увеличении x от 0,7 до 0,95 температура спекания керамики (Bi1-xCex)VO4 (0,7 ≤ x ≤ 0,95) увеличивалась с 890 до 950 oC, а ВКФ линейно снижалась от +176,3 до +6,6 ppm/oC. Важно отметить, что керамика (Bi0,05Ce0,95)VO4, спеченная при 950 oC, может демонстрировать хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr ~ 11,9, Qf ~ 22 360 ГГц (на 10,6 ГГц) и TCF ~ + 6,6 ppm/oC. Доказано, что термостабильная микроволновая диэлектрическая керамика с тетрагональной фазой типа циркона может быть получена заменой Bi на Ce в BiVO4. В этой работе представлен новый метод модификации TCF материалов типа BiVO4. Керамика (Bi0,05Ce0,95)VO4 имеет хороший потенциал для СВЧ-аппаратуры и устройств с близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты.

2019

Процесс холодного спекания был успешно использован для изготовления (1-x) Li2MoO4–xMg2SiO4. (LMO-xMSO) микроволновая диэлектрическая керамика для технологии с поддержкой 5G. Плотный Керамика LMO-xMSO была получена с высокой относительной плотностью в диапазоне 85–100 %. в условиях 200◦С и 500 МПа в час. Рентгеновская дифракция (XRD), сканирование электронная микроскопия (СЭМ), энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (ЭДС) и комбинационное рассеяние света Спектроскопия показала, что фазы LMO и MSO сосуществуют во всех композитах. керамики и отсутствие обнаруживаемой вторичной фазы. Композиты ЖМО-xMSO (0 < x < 0,3) резонирует на микроволновой частоте (∼9 ГГц) с низкой относительной диэлектрической проницаемостью (+r ) 5,05 ~ 5,3 и высокий коэффициент качества микроволн Q × f) 9 450 ~ 24 320 ГГц, что привлекательны для приложений компонентов с поддержкой 5G. ВВЕДЕНИЕ Микроволновая (СВЧ) диэлектрическая керамика представляет собой тип многофункционального материала, широко используемого для многих целей. основные компоненты систем связи, такие как диэлектрическая антенна, генераторы, подложки, и фазовращатели (Cava, 2001; Reaney and Iddles, 2006; Zhou et al., 2018). С быстрым развитие мобильной сотовой сети пятого поколения (5G) и требования newMW устройств, необходимо исследовать новые диэлектрические материалы, чтобы иметь быстрый отклик сигнала производительность (Fiedziuszko et al., 2002; Ohsato, 2012; Sebastian et al., 2015; Faouri et al., 2019). Керамика MW с низкой диэлектрической проницаемостью (+r) и низкими потерями энергии широко используется в микроволновых и радиочастоты миллиметрового диапазона (30–300 ГГц) в качестве подложек схем и других функциональных диэлектрики из-за их низкой задержки времени передачи сигнала (Sebastian, 2008). Общеизвестно, что большая часть керамики MW изготавливается с использованием высокотемпературного твердофазного спекания при температурах выше 1200◦С. В последнее время изготовление СВЧ-приборов с использованием низкотемпературных и внимание привлекла технология сверхнизкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC и ULTCC). потому что он может сделать микроволновую керамику совместимой с устойчивыми и недорогими электродами, такие как Ag, Cu и Al, и отвечают требованиям миниатюризации, надежности и низкой потери микроволновые устройства. Тем не менее, между LTCC / ULTCC и электродами по-прежнему много проблем, включая образование паразитных фаз путем реакции, взаимной диффузии и расслаивания, что в основном из-за их различий в термической стабильности, скорости усадки и химической несовместимости. (Грин и др., 2008). Недавно был предложен процесс холодного спекания (CSP). как способ получения различных видов плотной керамики и композитов в условиях одноосного прессования спекание (100–500 МПа) при низких температурах (<300 ◦C) и короткие промежутки времени (≤1 ч) за счет использования воды в качестве временного растворителя (Kahari et al., 2014; Kähäri et al., 2016; Guo et al., 2016a,b, 2017; Индуя и Себастьян, 2017; Рэндалл и др., 2017; Väätäjä et al., 2017, 2018; Ван и др., 2018, 2019b). Кахари и др. прямого прессования Li2MoO4 порошок комнатной температуры с соответствующим количеством деионизированной воды. Относительная плотность и СВЧ диэлектрические свойства холодноспеченного образца такой же, как у образца, спеченного при 540 ◦ C (Saraiva et al., 2017). Точно так же другая молибдатная керамика, такая как K2Mo2O7 (Guo et al., 2017), (Bi0,95Li0,05)(V0,9Mo0,1)O4-Na2Mo2O7 (Wang et al., 2019a), (LiBi)0,5MoO4 (Guo et al., 2017) и др. были подготовлены CSP с приемлемой молекулярной массой диэлектрика свойствами и плотной микроструктурой. Кроме низкого температуры, ключевые преимущества обработки CSP заключаются в том, что он производит близкую форму, что приготовленная плотная керамическая имеет тот же диаметр, что и модель, и что нет реакция происходит между различными ингредиентами. Рэндалл и др. сообщили о производстве и электрохимических свойствах керамически-солевые композиционные электролиты холодного спекания (Lee и др., 2019). Рини и др. адресуемый холодный спеченный C0G многослойные керамические конденсаторы с внутренними электродами из серебра (Ванг и др., 2019b). С другой стороны, силикатная керамика широко исследуется как важна низкая диэлектрическая проницаемостьмикроволновые и миллиметровые волны диэлектрики. Сообщалось, что чистый Mg2SiO4 имеет низкую диэлектрическую проницаемость. (+r) 6,8 и высокое значение Q × f 240 000 ГГц (Цуноока и др., 2003). Лай и др. сообщил о хорошей температурной стабильности и высокое Q × f 237 400 ГГц для низких температур. (850–950 ◦C) обожженная композитная керамика Mg2SiO4-Li2TiO3 (Lai и др., 2017). Чжан и др. сообщили, что высокий Q × f 99 800 ГГц для керамики форстерита (Mg1-xNix)2SiO4 на среднем температура спекания 1150 ◦ C (Zhang et al., 2014). Нашим знаний, нет сообщений о силикатной керамике холодного спекания или композиты, которые могут иметь многообещающие характеристики для 5G. включенная технология. В данной работе для изготовления были выбраны Li2MoO4 и Mg2SiO4. (1-x) композитная керамика Li2MoO4–xMg2SiO4 (LMO-xMSO, x = 0, 5, 10, 15, 20, 30, 50 и 90 мас.%) по CSP, чтобы показать возможность изготовления плотной силикатной композиционной керамики при низкая температура (≤200◦C). Эффекты концентрации MSO на микроструктуру и колебательные моды решетки, а также микроволновые диэлектрические свойства, систематически обсуждались ……………………. ВЫВОДЫ В этой работе новая микроволновая композитная керамика LMO-xMSO с высокой относительной плотностью > 80% были успешно подготовлены методом CSP (200°С, 60 мин, 500 МПа). Две характерные фазы ЖМО и МСО были обнаружены во всей композитной керамике. То результаты XRD, SEM и рамановской спектроскопии показали, что между двумя фазами не было химической реакции. С участием увеличение массовой доли МСО +r уменьшилось с 5,3 до 5,05, а значение Q×f уменьшилось с 24 320 до 9 450 ГГц. Успешное приготовление (1-х) композита ЖИО-хМСО керамика указывает на то, что CSP имеет большой потенциал в низком температурное изготовление СВЧ композитной керамики для 5G включенная технология.

2019

Керамика Li2NiZrO4 с низкими потерями со структурой каменной соли была успешно получена методом твердофазной реакции. Впервые установлена связь между температурой спекания, фазовым составом и диэлектрическими свойствами керамики Li2NiZrO4. Размер зерна постепенно увеличивался, а пористость уменьшалась с повышением температуры спекания. Когда температура спекания превышает 1300°С, зерна аномально растут, а некоторые зерна начинают плавиться. Рентгенограммы свидетельствовали о появлении второй фазы ZrO2 за счет улетучивания лития. Зерна растут аномально, а вторая фаза ZrO2 увеличивает потери керамики Li2NiZrO4. Образцы, спеченные при 1300 °С, обладали лучшими диэлектрическими свойствами: 3r = 12,3, Qf = 20000 ГГц, sf = 23,4 ppm C1, что делает керамику возможным кандидатом для приложений миллиметрового диапазона. Введение В связи с быстрым развитием систем беспроводной связи диэлектрическая керамика широко исследуется в качестве резонаторов, диэлектрических подложек и диэлектрических волноводных цепей в современных средствах связи. Он выполняет важную функцию в связи миллиметрового диапазона в качестве материала подложки микроволновых интегральных схем.1 Чтобы удовлетворить спрос быстро развивающегося распространения связи, эти материалы должны иметь подходящую диэлектрическую проницаемость, чтобы соответствовать миниатюризации устройства. Для уменьшения потерь прибора на высоких частотах требуется также максимально большая добротность [2]. В то же время для обеспечения температурной стабильности температурный коэффициент резонансной частоты, близкий к нулю, также требуется.3 В последние годы было широко показано, что смешанная система Li2O-AO-BO2 (A = Mg, Zn и Ni; B = Ti, Zr и Sn) вполне подходит для микроволновой связи. Из этой микроволновой диэлектрической керамики литийсодержащая керамика Li2-MgTiO4 принята в качестве идеального микроволнового диэлектрического материала, который является подходящим кандидатом для миниатюризации и интеграции компонентов.4–6 Li2MgTiO4 с микроволновыми диэлектрическими характеристиками 3r = 15,07, Qf = 97629 ГГц (на частоте 8,2 ГГц) и sf = 3,81 ppm C1 сообщалось Паном и др.7. Кроме того, Zhang et al. исследовал фазовый состав керамики (1 x)Li2TiO3-xNiO (0 # x # 0,5) и получил превосходные диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне: 3r = 19, Qf = 62252 ГГц и sf = 1,65 ppm C1 для x = 0,2,8. Исследована керамическая система АО. Ма и др. показали влияние добавки ZnO на микроволновые диэлектрические характеристики керамики Li2ZrO3 и получили микроволновые диэлектрические характеристики керамики 0,7Li2ZrO3-0,3ZnO: 3r = 14,8, Qf = 26800 ГГц и sf = 1 ppm C1. 9 Би и др. сообщили микроволновые диэлектрические характеристики керамики Li2MgZrO4: 3r = 12,30, Qf = 40900 ГГц, кроме того, sf = 12,31 ppm C1 при спекании при 1175 °C в течение 4 ч.10 Cheruku et al. впервые синтезировали материалы Li2NiZrO4 с LiNO3, Ni(NO3)2$6H2O, ZrN2O7 и C6H6O7 методом сжигания раствора в фазово чистой нанокристаллической форме. Они обнаружили, что электрическая релаксация по существу не является дебаевской и не зависит от температуры. Этот материал обладает значительной проводимостью при комнатной температуре и является возможным кандидатом в качестве электродного материала в твердотельных батареях.11,12 Тем не менее, нет никаких сообщений о микроволновых диэлектрических характеристиках материалов Li2NiZrO4. В настоящей работе исследованы температура спекания, плотность, а также микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2NiZrO4. Кроме того, исследована взаимосвязь, существующая между фазовым составом, температурой спекания, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими характеристиками керамики Li2NiZrO4. …………………… Вывод Керамика Li2NiZrO4 была успешно получена методом твердофазной реакции. Исследованы фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li2NiZrO4. При температуре спекания выше 1300 °С вторая фаза ZrO2 формировалась за счет улетучивания лития. 3r зависит от вторых фаз и плотности. 3r постепенно увеличивается с ростом плотности при температуре спекания в диапазоне 1250–1325 °С. При достижении температуры спекания 1350 °С вторая фаза ZrO2 оказывает значительное влияние на 3r. Значение Qf в первую очередь ограничивалось микроструктурой и второй фазой. Образцы, спеченные при 1300 °С, показали оптимальные диэлектрические характеристики: 3r = 12,3, Qf = 20 000 ГГц, sf = 23,38 ppm C1, что сделало керамику перспективной для применения в миллиметровом диапазоне.

2019

Новая микроволновая диэлектрическая керамика LiAl5-xZnxO8-0,5x была синтезирована по твердофазному реакционному пути. Фазовая эволюция LiAl5-xZnxO8-0,5x определялась рентгеноструктурным анализом. Результаты РФА показали, что составы фаз имели пространственную группу P4332 при 0 ≤ x ≤ 0,2 и структуру шпинели при 0,3 ≤ x ≤ 0,5. Диэлектрическая проницаемость (εr) твердых растворов этой серии уменьшалась с увеличением содержания легирующего цинка, что хорошо согласуется с соотношением Клаузиуса-Моссотти. Кислородная вакансия и пониженная степень порядка ухудшили добротность (Q × f) двух структур. Ухудшение добротности было дополнительно подтверждено импедансной спектроскопией. Температурный коэффициент резонансной частоты (τf ) уменьшался с увеличением x и коррелировал с объемом элементарной ячейки. Наконец, CaTiO3 был использован в качестве компенсационного материала для получения близкой к нулю τf керамики LiAl5O8. 1 ВВЕДЕНИЕ Развитие систем беспроводной связи требует, чтобы электронные устройства и подложки имели высокочастотные приложения, возможности миниатюризации и свойства с низкими потерями.1–3 Диэлектрическая керамика с низким εr и высоким значением Q × f является важным материалом для резонаторов, фильтров и других ключевых элементов. компонентов от наземных до спутниковых систем связи, включая Интернет вещей (IoT), RFID, DBS TV, GPS и т. д. Таким образом, эти материалы привлекают внимание в академических и коммерческих целях.4–6 Различные микроволновые диэлектрические керамические системы, такие как Bi2O3–TiO2–V2O5, (Sr, Ca)TiO3–LnAlO3 (Ln = La, Nd, Sm) и BaO–Ln2O3–TiO2, 7,8 с высоким значением Q × f привлекли значительное внимание исследователей. Керамические системы Li2O–Al2O3, включая Li5AlO4, LiAlO2 и LiAl5O8, редко изучались для применения в качестве диэлектрических материалов для СВЧ. В последние несколько лет мы исследовали керамику LiAlO2 для применения в качестве микроволнового диэлектрика.9 С другой стороны, ранее не сообщалось об использовании материала LiAl5O8 в качестве микроволновой диэлектрической керамики. Соединение LiAl5O8 с пространственной группой P4332 представляет собой кубическую упорядоченную структуру из четырех формульных единиц в элементарной ячейке Al8 IV(Li4Al12) VIO32, а в октаэдрических (о) позициях существует упорядочение 1:3 Li: Al.10 Предыдущее твердое тело Анализ спектра ядерного магнитного резонанса с вращением под магическим углом на соединении LiAl5O8 показал, что замещение ионов Zn2+ и Mg2+ не влияет на распределение в октаэдрических позициях всех ионов Li+. Однако ионы Al3+ в октаэдрических (o) и тетраэдрических (t) позициях подвергаются воздействию и перераспределению. Инфракрасный спектральный анализ керамики LiAl5O8, легированной Zn2+, показал, что повышенное содержание замещения Zn2+ может привести к более неупорядоченной форме.11 Замещение ионов Al3+ ионами Zn2+ и Mg2+ также вызывает фазовый переход соединения LiAl5O8. В этой работе материалы LiAl5-xZnxO8-0,5x были спечены традиционным твердотельным методом. Затем было исследовано влияние замещения позиций ионов Al3+ ионами Zn2+ на свойства соединения LiAl5O8. Исследована взаимосвязь между кристаллической структурой, фазовым переходом и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики LiAl5-xZnxO8-0,5x. ………………… ВЫВОДЫ Исследована серия СВЧ диэлектрической керамики LiAl5-xZnxO8-0,5x (0 ≤ x ≤ 0,5) с хорошей кристалличностью однородных кристаллических зерен и высокой относительной плотностью. Фазовый переход твердых растворов этой серии произошел примерно при x = 0,3. Чистая фаза с кубической структурой (P4332) образовывалась при увеличении x от 0 до 0,2, а шпинельная структура (Fd-3m) – при увеличении x от 0,3 до 0,5. Параметр решетки (а) монотонно увеличивался с 7,908 до 7,968 Å с увеличением x от 0 до 0,5 посредством уточнения Ритвельда. Наблюдаемое εr, очень близкое к рассчитанному εc, было получено с помощью соотношения Клаузиуса-Моссотти, и оно монотонно уменьшалось с 8,43 до 8,04 при увеличении x от 0 до 0,5. Для образцов структуры пространственной группы P4332 Q×f упала с 49 300 до 36 300 ГГц. Для структуры шпинели Q × f упала с 51 700 до 46 500 ГГц. Дефект иона кислорода и пониженная степень порядка вызвали это уменьшение Q × f. τf уменьшалась от –38 ppm/°C до –72 ppm/°C в отрицательном направлении при увеличении x от 0 до 0,5. Более того, τf коррелировал с объемом элементарной ячейки LiAl5-xZnxO8 -0,5x для структур пространственной группы P4332 и Fd-3m. Материал CaTiO3 с положительным значением τf был использован для компенсации материала LiAl5O8 с отрицательным значением τf для получения термостабильного материала для практических применений. Керамика (1 − y) LiAl5O8 + y CaTiO3 показала близкое к нулю значение τf при y = 0,06 и диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне εr = 9,33, Q × f = 21 300 ГГц и τf = –5 миллионных долей/°C.

2019

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.

2019

Композиционная керамика (1-x)ZnGa2O4-xTiO2 (x = 0,05e0,20) была изготовлена традиционным твердотельным методом. Экспериментальные и теоретические значения 3r, tf и Qf показывают аналогичную тенденцию. Настраиваемые микроволновые диэлектрические характеристики были достигнуты благодаря влиянию TiO2, особенно на температурный коэффициент и добротность. Большой отрицательный температурный коэффициент на резонансной частоте (tf) ZnGa2O4 постоянно менялся от отрицательного (70 ppm/°C) до положительного (+13 ppm/oC) 2 отрегулируйте значение tf почти до нуля. Влияние адаптации на фактор качества (Q f) было значительным. Из-за меньших значений Q f TiO2 значение Q f уменьшается с увеличением содержания TiO2. Неоднородная микроструктура приводит к увеличению разницы между расчетным и экспериментальным значением Q f. Кроме того, композитирование TiO2 с керамикой ZnGa2O4 не только способствует росту зерна, но и снижает температуру его спекания с 1400°C до 1300°C. TiO2 не оказывает существенного влияния на диэлектрическую проницаемость ( 3r), а только изменяется от 10,8 до 12,7. Значение 3r 12,3, значение Qf 73000 ГГц (на 11,8 ГГц) и значение tf ±3 ppm/C были достигнуты для 0,85ZnGa2O4-0,15TiO2, спеченных при 1300C в течение 2 часов. Введение Из-за острой потребности в высококачественных сверхстабильных генераторах, сверхвысокоскоростных беспроводных локальных сетях (WLAN) и интеллектуальных транспортных системах (ITS), микроволновая диэлектрическая керамика с низким значением K с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами (высокая добротность f и почти нулевая tf) привлекли большое внимание [1e5]. Al2O3 [6], AWO4 (A = ионы щелочноземельных металлов) [7], R2BaCuO5 (R = Y, In) [8], M2SnO4 [9,10], M2SiO4 [11] и MAl2O4 (M = Zn, Mg) [12,13] представляют собой шесть типичных микроволновых диэлектрических керамических материалов с низким значением K. Среди них M2SnO4, M2SiO4 и MAl2O4 (M = Zn, Mg) обладают структурой шпинели с формулой AB2O4. MGa2O4 (M = Zn, Mg) [14–17], также типичная шпинельная керамика, применялась во многих научных и коммерческих областях, таких как магнитные материалы, катализаторы, полупроводники и сверхпроводники. Это новая микроволновая диэлектрическая керамика, привлекающая внимание с 2013 года. Хотя и MgGa2O4, и ZnGa2O4 являются шпинельной керамикой, они сильно различаются из-за различий в распределении катионов. ZnGa2O4 представляет собой нормальную шпинель с Zn2+, занимающим тетраэдрическую позицию, и Ga3+, занимающую октаэдрическую позицию [18]. Однако MgGa2O4 обладает частичной обратной шпинельной структурой с частью Mg2+, входящей в октаэдрическую позицию, и такой же долей Ga3+, входящей в тетрагональную позицию [19]. Материалы на основе ZnGa2O4 привлекли внимание исследователей своей простой структурой. Керамика ZnGa2O4 демонстрирует относительно высокие коэффициенты качества выше 90 000 ГГц, относительно низкую температуру спекания (1385 °C) по сравнению с другими однофазными низкокалиевыми керамиками, такими как Al2O3, температура спекания которых превышает 1800 °C, и широкий диапазон температур спекания [20]. Таким образом, керамические материалы на основе ZnGa2O4 считаются хорошими кандидатами в качестве низкокалиевых диэлектрических керамических материалов. Во многих исследованиях изучались микроволновые диэлектрические характеристики твердых растворов на основе ZnGa2O4 и ZnGa2O4 [19–26]. Некоторые ионы использовались для замещения Zn2+ или Ga3+, такие как Mg2+, Mn2+, Cu2+ и Al3+, для образования твердых растворов, которые оказались эффективным способом улучшения микроволновых диэлектрических свойств, особенно добротности (Q f). Однако более высокое отрицательное значение tf, ~-70 ppm/°C, ограничивает его применение. Для практических применений требуется наличие относительно низкой диэлектрической проницаемости (3r), высокой добротности (Qf) и близкого к нулю температурного коэффициента (tf). Таким образом, по сравнению с улучшением показателей качества для керамики на основе ZnGa2O4 более значимо получение близкого к нулю значения tf. Обычно для адаптации tf широко распространены следующие два способа: замещение магнитным ионом и композитинг второй фазы [27]. В наших недавних исследованиях вместо ZnGa2O4 использовался магнитный ион Mn2+. Выявлено, что замещение марганца позволяет скорректировать значение tf до 12 ppm/o C, однако не позволяет добиться близкого к нулю температурного коэффициента. Поэтому мы пришли к формированию композитной керамики для получения близкого к нулю значения tf. Согласно правилу смешения [28], оптимальным является материал с большим отрицательным значением tf, высоким значением Qf и относительно низким значением εr. TiO2 с большим положительным значением tf (tf = ±450 ppm/C) [28,29] и высокой добротностью f (Qf = 51000 ГГц) считается эффективным материалом, который может регулировать значение tf керамики ZnGa2O4 [30]. Кроме того, TiO2 может регулировать tf без побочных реакций и в то же время может снижать температуру спекания, поскольку рутил является распространенной добавкой для спекания. В данной работе композитная керамика ZnGa2O4-TiO2 была приготовлена традиционным твердотельным методом. Был систематически исследован эффект адаптации TiO2, включая микроволновые диэлектрические свойства и поведение при спекании. ……………… Выводы Керамики (1-x)ZnGa2O4-xTiO2 (x = 0,05, 0,10, 0,15, 0,20) были успешно получены традиционным твердотельным методом. Никаких побочных реакций во время приготовления не было. Введение TiO2 позволяет эффективно снизить температуру спекания ZnGa2O4 с 1400°C до 1300°C. Это также способствует росту зерна. Самая высокая относительная плотность была получена при 1300°С для каждой композиции. Теоретические и экспериментальные данные 3r, tf и Qf были сопоставлены и показали хорошую согласованность. Настраиваемые микроволновые диэлектрические характеристики были достигнуты благодаря композиционному эффекту TiO2, особенно для tf и Qf. значение tf смещается с отрицательного (70 ppm/°C) на положительное (+13 ppm/°C). Из-за неоднородной микроструктуры разница значения Q f между расчетным и экспериментальным становится все больше и больше с увеличением содержания TiO2. 0,85ZnGa2O4-0,15TiO2, спеченный при 1300 C в течение 2 ч, демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: 3r = 12,3, Q f = 73 000 ГГц, tf = +3 ppm/C. Эта работа демонстрирует, что композиты ZnGa2O4-TiO2 представляют собой хорошую микроволновую диэлектрическую керамику с относительно низкая температура спекания, низкая диэлектрическая проницаемость, высокая добротность и близкий к нулю температурный коэффициент. Кроме того, это также является хорошим примером рационального проектирования для адаптации температурного коэффициента.

2019

В настоящей работе для замещения Nd3+ в керамике NdNbO4 использовали Bi3+, и в течение 20 мол. % замен. Микроволновая диэлектрическая проницаемость керамики (Nd1-xBix)NbO4 (x ≤ 0,2) увеличивалась линейно со значением x из-за большей ионной поляризуемости Bi3+, чем Nd3+. Отличные микроволновые диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью (εr) ~ 22,5, Qf (Q = добротность, f = резонансная частота) ~ 50 000 ГГц и TCF ~ –9 ppm/oC были получены в (Nd0,9Bi0,1) Керамика NbO4. Этот метод может работать в других редкоземельных орто-ниобатах типа фергусонита. ВВЕДЕНИЕ СВЧ-диэлектрическая керамика широко используется в диэлектрических резонаторах (ДР), диэлектрических фильтрах, диэлектрических подложках для антенн, многослойных конденсаторах с совмещенным нагревом (MLCC) в современных электронных системах.1-5 Микроволновая диэлектрическая проницаемость, значение Qf (Q = 1/ диэлектрические потери, f = резонансная частота) и значение TCF (температурный коэффициент резонансной частоты) являются тремя ключевыми физическими параметрами для микроволновой диэлектрической керамики. За последние полвека в связи с быстрым развитием коммуникационных технологий, таких как 3G / 4G, был исследован ряд высокоэффективных микроволновых диэлектрических керамических материалов. значения Qf, чем раньше. Материал NdNbO4 принадлежит к семейству редкоземельных орто-ниобатов типа фергусонита, которые, как сообщалось, следуют обратимому ферроэластичному фазовому переходу в структуру шеелита при высоких температурах.9-11 В 2006 г. Ким и др. .12 с диэлектрической проницаемостью ~ 19,6, a Qf ~ 33000 ГГц и ВКФ ~ – 24 ppm/oC и температурой спекания около 1250 oC. Впоследствии был предпринят ряд попыток модифицировать микроволновые диэлектрические свойства керамики NdNbO 4 путем введения ионов Ln и Zn2+ в позицию A и ионов Sb5+/Ta5+ в позицию B. 13 -16 Хотя значения Qf несколько улучшились, значение TCF по-прежнему остается большим отрицательным. Даже добавление керамики CaTiO 3 с большим положительным значением ВКФ не приводило ее ВКФ почти к нулю.17 уменьшают их значения TCF. Следовательно, эти результаты вдохновляют нас на использование иона Bi3+ для замены Nd3+ в керамике NdNbO 4 для изменения значений TCF. В настоящей работе детально исследованы микроволновые диэлектрические свойства керамики (Nd 1 - xBi x)NbO 4 (x ≤ 0,2). ……………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, в керамике (Nd1-xBix)NbO4 получен твердый раствор со структурой фергусонита в пределах x ≤ 0,2. Объем клеток увеличивался с содержанием Bi из-за его большего ионного радиуса, чем у Nd3+. Было обнаружено, что значения диэлектрической проницаемости в микроволновом диапазоне увеличиваются линейно с содержанием Bi из-за его большей ионной поляризуемости, чем у Nd3+. Значения TCF были успешно скорректированы с отрицательного на положительное значение с увеличением содержания Bi. Высокие показатели микроволновых диэлектрических свойств с εr ~ 22,5, Qf ~ 50 000 ГГц, TCF ~ -9 ppm/oC и εr ~ 24,8, Qf ~ 41 900 ГГц, TCF ~ +15 ppm/oC были получены в (Nd0,9Bi0,1 Керамики )NbO4 и (Nd0.85Bi0.15)NbO4, спеченные при 1150 oC, могут быть многообещающими кандидатами для современных микроволновых устройств.

2019

Керамика Li3Mg2SbO6 без растрескивания была приготовлена двухстадийным способом. Были исследованы поведение при спекании, структура и микроволновые диэлектрические характеристики керамики Li3Mg2SbO6. Результаты РФА и КР показали, что практически чистая фаза Li3Mg2SbO6 была получена в диапазоне температур спекания 1225–1350°С. На значения добротности (Qxf) и относительной диэлектрической проницаемости (εr) образцов сильно влияли плотность, размер зерна и объем ячеек. Характерно, что для керамики Li3Mg2SbO6, спеченной при 1300°С, были получены сбалансированные микроволновые диэлектрические свойства: εr~10,5, Qxf~84600 ГГц (на 10,6 ГГц), а температурный коэффициент резонансной частоты tf ~ -9,0 ppm/oC Введение С быстрой революцией микроволновых компонентов, используемых в современных системах связи, новые материалы с высокими диэлектрическими характеристиками привлекли огромное внимание для широкого спектра применений микроволновых компонентов, таких как антенны и микроволновые подложки [1]. Диэлектрические материалы СВЧ, которые можно использовать в современных системах связи, должны обладать тремя ключевыми параметрами: низкой относительной диэлектрической проницаемостью (εr) для уменьшения задержки сигнала, высокой добротностью (Qxf) для повышения частотной избирательности и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты. (tf) для температурной стабильности [2]. Однако достижение всех трех параметров в одном материале представляет собой серьезную проблему, поскольку большинство диэлектрических керамических материалов с низким εr для микроволнового излучения обычно имеют высокие значения Qxf, но сильно отрицательные значения tf [3]. Недавно Bian et al. впервые сообщили о орторомбической структуре керамики Li3Mg2NbO6 с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 16,8, Qxf = 79 643 ГГц, tf = 27 ppm/C). [4]. Позже Ву и соавт. [5] ввел его характеристику с низкими потерями, основанную на теории химической связи. Было проведено множество исследований по снижению температуры спекания, улучшению микроволновых диэлектрических свойств керамики на основе Li3Mg2NbO6 путем добавления добавок, способствующих спеканию, и частичного замещения ионов Mg2+ [6–10]. Уэст и др. В работе [11] сообщается, что соединение Li3Mg2SbO6 имеет ту же структуру, что и Li3Mg2SbO6. Однако исследований микроволновых диэлектрических свойств керамики Li3Mg2SbO6 мало, что связано с ее растрескиванием при взаимодействии с отдельными оксидными компонентами [12]. Недавно Чжан и соавт. В работе [13] сообщается, что частичное замещение ионов Nb5+ на Sb5+ может постепенно приблизить значение tf к нулю в системах материалов Li3Mg2(Nb1-xSbx)O6 (0,02 x 0,08). Подобное явление наблюдалось и в других системах материалов [14,15]. Таким образом, может быть получена новая керамика Li3Mg2SbO6 со сбалансированными микроволновыми диэлектрическими свойствами (низкий εr, близкий к нулю tf, высокая добротность). В нашем предыдущем сообщении вторичная фаза SbOx в керамике Li3Mg2SbO6 ухудшает свое значение Qxf [12]. Низкое значение Qxf и растрескивание керамики Li3Mg2SbO6 ограничивают ее практическое применение в устройствах СВЧ. В данной работе с использованием двухстадийного процесса была синтезирована чистая фазовая керамика Li3Mg2SbO6 без трещин, а также подробно изучены ее спекаемость, структура и микроволновые диэлектрические свойства. … Вывод Керамика Li3Mg2SbO6 без трещин была синтезирована с помощью двухэтапного процесса, и были исследованы ее поведение при спекании, структура и диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне. Результаты РФА и КР показали, что практически чистая фаза Li3Mg2SbO6 с орторомбической структурой была получена в интервале температур спекания 1225-1350 С. Значения εr образцов сильно зависели от пористости и объема ячеек, а их значения Qxf в основном относились к микроструктура. В частности, керамика Li3Mg2SbO6, спеченная при 1300 °C, показала сбалансированные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 10,5, Qxf = 84 600 ГГц (на 10,6 ГГц) и tf = -9 ppm/oC. улучшить свои диэлектрические характеристики, чтобы соответствовать требованиям применения LTCC.

2019

Керамика Li3Mg2(Sb1–xVx)O6 (0,01≤x≤0,04) синтезирована методом твердофазной реакции. Исследовано влияние замещения ионов V5+ на спекаемость, фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg2(Sb1-xVx)O6. Расхождение и вторичная фаза в керамике на основе Li3Mg2SbO6 могут быть эффективно ингибированы путем частичного замещения V5+ на сайтах Sb5+. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr=11,2, Qxf=54700 ГГц, τf=-20 ppm/°C) были получены для керамики Li3Mg2(Sb1-xVx)O6 (x=0,03), спеченной при 1250 °C. εr керамики Li3Mg2(Sb0,97V0,03)O6 в основном зависело от ионной поляризуемости, а также от плотности, тогда как в Qxf сильно преобладал средний размер зерна. Введение С быстрым развитием беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика широко исследовалась в качестве различных компонентов для беспроводной связи, включая подложки, антенны и резонаторы [1, 2]. Диэлектрические материалы СВЧ для применения в качестве усовершенствованной подложки должны иметь низкую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для уменьшения задержки сигнала, повышения частотной избирательности и улучшения температурная стабильность соответственно [3, 4]. Кроме того, недавние достижения в области систем мобильной связи 5-го поколения и микроэлектронных технологий побудили ученых разработать новые материалы для микроволновых подложек, обладающие вышеупомянутыми высокими характеристиками [5]. В последнее время керамика на основе Li3Mg2NbO6 с орторомбической структурой широко изучается благодаря ее превосходным микроволновым диэлектрическим характеристикам [6–10]. Li3Mg2SbO6 имеет ту же структуру, что и Li3Mg2NbO6, как сообщают West et al. [11]. Однако сообщений о микроволновых диэлектрических свойствах однофазной керамики Li3Mg2SbO6 немного, что связано с ее растрескиванием при спекании, вызванным присутствием в ней вторичной фазы SbOx [12]. Недостаток растрескивания керамики Li3Mg2SbO6 ограничивал ее практическое применение в устройствах СВЧ. Ионное замещение является эффективным методом улучшения спекаемости и микроволновых диэлектрических свойств керамики за счет формирования твердого раствора [13–15]. Недавно Чжан и соавт. [16] сообщили, что частичная замена Nb на Sb в Li3Mg2(Nb1-xSbx)O6 (0,02≤x≤0,08) может оптимизировать значение τf. Наше предыдущее исследование показало, что частичное замещение Ba на Sr в SrV2O6 может эффективно ингибировать растрескивание керамики на основе SrV2O6 [17]. Wang et al. удалось снизить температуру спекания керамики Li3Mg2NbO6 путем частичного замещения Nb на V [18]. Эти результаты побудили нас приготовить керамику на основе Li3Mg2SbO6 без растрескивания путем замены Sb на V. В настоящей работе были приготовлены твердые растворы Li3Mg2(Sb1-xVx)O6 (0,01 ≤ x ≤ 0,04) и изучены зависимости между поведением при спекании, микроструктурой, фазовым составом и микроволновыми диэлектрическими свойствами Li3Mg2(Sb1-xVx)O6. … Вывод Керамика Li3Mg2(Sb1-xVx)O6 (0,01≤x≤0,04) была приготовлена по обычному пути реакции в твердом состоянии, и были изучены их способность к спеканию, фазовый состав и микроволновые диэлектрические характеристики. Спекаемость и фазовая чистота керамики на основе Li3Mg2SbO6 могут быть эффективно улучшены за счет частичного замещения V5+ по позициям Sb5+. Керамика Li3Mg2(Sb0,97V0,03)O6, спеченная при 1250 °С в течение 5 ч, имела оптимальные микроволновые диэлектрические свойства: εr=11,2, Qxf=54700 ГГц (на 10,3 ГГц), τf=-20 ppm/°C. εr в основном зависел от ионной поляризуемости, а также от плотности, тогда как на его Qxf сильно влиял средний размер зерна.

2019

Порошки дефектного оксида пирохлора ABi2Ta5O16 в псевдобинарных системах BiTaO4–ATa3O8 (A = Na, Tl) готовили твердофазным методом. Структурные исследования показали, что все оксиды кристаллизуются в кубической системе с пространственной группой Fd3m, параметр решетки «а» определяли методом уточнения Ритвельда. Для систематических исследований по уплотнению порошков образцы прессовали одноосным давлением в таблетки; оптимизированы температура спекания, время выдержки и скорость нагрева. Для исследования структуры и морфологии синтезированных порошков и спеченных материалов применялись методы, в том числе рентгеноструктурный, ИК-рамановский, МЭП, дилатометрия. Диэлектрические характеристики, относительная диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери (tgδ), определенные при комнатной температуре, сравнимы с характеристиками других пирохлоров. Введение Среди оксидов металлов соединения с общей формулой A2B2O6O0, где A и B — разные виды катионов с разными степенями окисления (например, A3+ B4+ или A2+ B5+), а O и O0 — анионы, представляют собой семейство фаз, изоструктурных минеральному пирохлору (NaCa ) (NbTa)O6F/(OH). Структура пирохлора обладает кубической симметрией с пространственной группой (Fd3m, Oh7), №. 227 и количество формульных единиц (Z = 8). Четыре кристаллографически неэквивалентных вида атомов: атомы A, B, O и O0 занимают позиции 16d, 16c, 48f и 8b соответственно. Меньшие катионы B (16c) шестикоординированы и расположены в искаженном октаэдре, образованном шестью ионами кислорода O (48f). Более крупные катионы A (16d) восьмикоординированы, расположены внутри искаженного кубического полиэдра, образованного шестью O (48f) и 2 O’ (8b). Структурная формула часто записывается как B2O6A2O', что подчеркивает, что устройство состоит из двух взаимопроникающих сетей вершинно-связанных октаэдров (B2O6), имеющих общие углы, и купритоподобного тетраэдра A2O' [1]. Эта последняя сетка не является существенной для стабильности структуры, и, следовательно, структура пирохлора допускает наличие вакансий в позициях A и O0, что дает дефектный пирохлор с формулой A2-x□xB2O6O0 1-y□' y, что приводит к различной стехиометрии от AB2O6 до A2B2O6O'. Известно, что дефекты пирохлора типа АВ2О6 образуются в том случае, когда катион А представляет собой крупный одновалентный металл, такой как Cs+, Rb+, Tl+ или K+ [2]. Занятость позиции катионами А в дефектном пирохлоре является вставочной, поскольку структурные соображения показывают, что в дополнение к позициям 16d и 8b существует еще одна возможная позиция (32е), в зависимости от размера, заряда и поляризуемости катиона А, либо полная, либо частичная. Возможна оккупация любого из трех участков. Исследования показали, что ионы A в RbTa2O5F занимают позиции 8b, тогда как в TlNb2O5F катионы Tl делокализованы из идеальной позиции 16d и статистически занимают позиции 32e [2]. Смешанные оксиды пирохлора имеют множество технологических применений благодаря широкому спектру свойств (электрические, диэлектрические, магнитные, магниторезистивные, оптические, электрокаталитические и т. д.), а также могут использоваться в качестве электролитов или анодных материалов для топливных элементов с твердым электролитом (ТОТЭ) и фиксаторов радиоактивных отходов из-за их кислородной нестехиометрии и распределения катионов в структуре [1]. В последнее время пирохлоры на основе Bi в тройных системах Bi2O3–ZnO–M2O5 (X = Sb, Ta и Nb) вызвали большой интерес исследователей благодаря их относительно низким температурам спекания и отличным диэлектрическим свойствам [3, 4, 5]. Некоторые соединения пирохлора, встречающиеся в системе A2O–Bi2O3–M2O5 (A = Ag, Na, K, Tl и M = Nb, Ta), являются привлекательными кандидатами для термостабильных диэлектрических применений с малыми потерями и высокой диэлектрической проницаемостью [6]. ……………… Выводы Порошки дефектного оксида пирохлора NaBi2Ta5O16 (A = Na, Tl) получены твердофазным методом и охарактеризованы методами РФА, ИК и КР спектроскопии. Оба материала кристаллизуются в кубической кристаллической решетке с пространственной группой Fd3m. Инфракрасные полосы и полосы комбинационного рассеяния, наблюдаемые для этих составов, согласуются со спектрами комбинационного рассеяния, ожидаемыми для дефектных пирохлоров, ABB’O7-x. Морфология спекаемой керамики свидетельствует о хорошем уплотнении материалов. Диэлектрические проницаемости образцов находятся в диапазоне 107–110 вместе с отрицательным температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости. Диэлектрические потери (tgδ) соединения NaBi2Ta5O16 максимальны в зависимости от температуры и частоты, это явление связано с диэлектрической релаксацией. Энергия активации Ea и время релаксации τo, соответствующие этому явлению, оказались равными 0,16 эВ и 0,6·10 13 с соответственно. Такие диэлектрические и электрические свойства делают соединение NaBi2Ta5O16 привлекательным для применения в керамических конденсаторах и резонаторах.

2019

СВЧ-диэлектрическую керамику Ba1-xSrxZnSi3O8 (x = 0,2–1,0) синтезировали твердофазным методом при температуре от 1087 °С до 1150 °С в течение 3 ч. Все составы показали единую фазу для Ba1-xSrxZnSi3O8 при увеличении x от 0,2 до 1,0, а фазовый переход от моноклинной к триклинной структуре происходил между 0,8 и 1,0. Относительная диэлектрическая проницаемость керамики Ba1-xSrxZnSi3O8 уменьшилась с 6,57 до 6,12 при замещении ионов Ba2+ ионами Sr2+. Однако добротность сначала уменьшилась с 34 735 ГГц (x = 0,2) до 28 986 ГГц (x = 0,4), а затем монотонно увеличивалась. Изменение температурного коэффициента резонансной частоты имело противоположную, слабо изменяющуюся тенденцию по сравнению с добротностью. Новый однофазный SrZnSi3O8, который обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 6,12, Q×f = 78,064 ГГц и τf = -33,2 ppm/°C, был впервые получен при температуре спекания 1150 °C. Введение С расширением диапазона рабочих частот микроволновой беспроводной связи, беспроводная связь находится на пороге своего пятого поколения. Высокая частота требуется для сверхскоростных локальных сетей, электронных систем взимания платы и систем предотвращения столкновений автомобилей на основе интеллектуальных транспортных систем [1,2]. Диэлектрическая керамика СВЧ с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15) может использоваться в качестве высокочастотных подложек, диэлектрических антенн, высокоточных конденсаторов и компонентов миллиметрового диапазона, таких как резонаторы и фильтры [3]. Таким образом, ожидается, что высокоэффективная микроволновая диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью привлечет значительное внимание. Для беспроводной связи миллиметрового диапазона микроволновая диэлектрическая керамика должна иметь низкую диэлектрическую проницаемость (εr), чтобы уменьшить затухание при передаче и эффект перекрестной связи, высокий коэффициент качества (Q×f) для достижения превосходной частотной избирательности и почти -нулевой температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для обеспечения стабильности передаваемой частоты [4,5]. Силикаты обладают несколькими интересными характеристиками, такими как сегнетоэлектричество в Bi2SiO5 и BaZnSiO4 [6,7], уникальный коэффициент теплового расширения в Ba1-xSrxZn2Si2O7 [8] и микроволновые диэлектрические свойства в Mg2Al4Si5O18. Эти интересные особенности связаны со сложной кристаллической структурой материалов, состоящей из тетраэдров [SiO4] и других полиэдров. Как правило, силикаты имеют низкое значение диэлектрической проницаемости из-за связи Si-O в тетраэдре [SiO4], который содержит 45% ионной связи и 55% ковалентной связи; ковалентная связь снижает относительную диэлектрическую проницаемость из-за уменьшения дребезжащего эффекта [1]. Кроме того, многие виды силикатов, такие как Zn2SiO4, (Sr1-xAx)2(Zn1-xBx)Si2O7 (A = Ca, Ba и B = Co, Mg, Mn, Ni) и CaAl2Si2O8 [10–12], имеют было исследовано. Все эти силикаты имеют низкое значение диэлектрической проницаемости и высокий коэффициент качества, что делает эти материалы хорошими кандидатами для устройств миллиметрового диапазона. В последние годы было выполнено несколько работ, посвященных СВЧ-диэлектрической керамике на основе полевого шпата, которая включает структуры типа плагиоклазполевого шпата и типа щелочного полевого шпата. Химические формулы: A[B2C2]O8 (A= Ca, Sr, Ba; B = Al, Ga; C = Si, Ge) и A[BC3]O8 (A = K, Na; B = Al, Ga; C). = Si, Ge) соответственно [12–16]. Кристаллическая структура полевого шпата состоит из трехмерного каркаса тетраэдра [Al/GaO4] или [Si/GeO4]. Баланс заряда за счет замены Si4+/Ge4+ на Al3+/Ga3+ поддерживается добавлением межузельного щелочного или щелочноземельного иона [13]. За исключением самого распространенного полевого шпата, то есть цинкового полевого шпата, его редко замечают. В 1970 году Сегнит и соавт. В работе [17] методом твердофазной реакции синтезирована керамика BaZnSi3O8. Хойер и др. В работе [18] сообщается о кристаллической структуре монокристалла CaZnSi3O8, полученного гидротермальным методом в 1998 г. Fehr et al. [19] назвали CaZnSi3O8 цинковым полевым шпатом и предсказали существование SrZnSi3O8. В нашей предыдущей работе была синтезирована керамика BaZnSi3O8 и описаны ее микроволновые диэлектрические свойства [3]. Таким образом, до сих пор SrZnSi3O8 еще не был синтезирован, и его микроволновые диэлектрические свойства ранее не сообщались. В данной работе вместо ионов Ba2+ использовали ионы Sr2+, а твердый раствор Ba1-xSrxZnSi3O8 (x = 0,2-0,8) готовили методом твердофазной реакции. Кроме того, исследованы фазовый состав, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba1-xSrxZnSi3O8 (x = 0,2–1,0). ……………… Выводы Традиционным твердотельным методом синтезирована низкодиэлектрическая СВЧ-диэлектрическая керамика Ba1-xSrxZnSi3O8 (x = 0,2–1,0) с низкой диэлектрической проницаемостью. Рентгенограммы, BSE-изображения и картирование показывают, что твердые растворы Ba1-xSrxZnSi3O8 с моноклинной структурой (пространственная группа P21/m) образуются при увеличении x от 0,2 до 0,8. Важно отметить, что впервые получена новая однофазная керамика SrZnSi3O8 с триклинной структурой (пространственная группа P-1). В относительной диэлектрической проницаемости Ba1-xSrxZnSi3O8 преобладает ионная поляризуемость, а εr линейно уменьшается от 6,57 до 6,12 при замещении ионов Ba2+ ионами Sr2+. Однако добротность сначала снижается с 34 735 ГГц (x = 0,2) до 28 986 ГГц (x = 0,4), а затем после определенного момента монотонно увеличивается. Значения τf незначительно варьируются от -23,9 частей на миллион/°C до -33,2 частей на миллион/°C в общем диапазоне x. Самые превосходные диэлектрические свойства для микроволнового излучения (а именно, εr = 6,12, Q×f = 78 064 ГГц и τf = -33,2 ppm/°C) достигаются при x = 1,0 (SrZnSi3O8).

2019

Фторидная микроволновая диэлектрическая керамика с низким обжигом (LiF, CaF2, SrF2 и BaF2) была приготовлена с помощью простого одноэтапного процесса спекания. Фторидная керамика, особенно LiF, которая имела самую низкую температуру спекания 800 °C, могла хорошо спекаться при температурах ниже 1050 °C. Результаты уточнения Ритвельда показали, что керамика LiF, CaF2, SrF2 и BaF2 кристаллизовалась в кубическую структуру с пространственной группой Fm-3m. Относительная диэлектрическая проницаемость (εr), добротность (Q×f) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) фторидной керамики были тесно связаны с относительной плотностью, ионной поляризуемостью примитивной элементарной ячейки, долей упаковки и связью. валентность. В этой серии фторидной керамики с низкой диэлектрической проницаемостью LiF, CaF2 и BaF2 можно было обжигать совместно с порошками Ag, а керамика LiF показала самое высокое значение Q×f 73880 ГГц, что сравнимо с таковыми у традиционной оксидной микроволновой диэлектрической керамики. Введение Технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) является потенциальной технологией для удовлетворения требований миниатюризации и многофункциональности электронных устройств. Для практических применений LTCC должен иметь низкую относительную диэлектрическую проницаемость (εr < 15) для уменьшения времени задержки распространения сигнала, высокую добротность (Q×f) для частотной избирательности и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (−10 ≤ τf ≤ +10 ppm/°C) для обеспечения устойчивости устройств при колебаниях температуры [1,2]. Кроме того, эти материалы следует спекать при температуре ниже 961 °C для совместного обжига с Ag-электродом [3]. К сожалению, температура спекания большинства микроволновых диэлектрических керамических материалов слишком высока для совместного обжига с серебряным электродом. В предыдущих исследованиях использовались многие типы стеклянных фритт и оксидов с низкой температурой плавления для снижения температуры спекания микроволновой диэлектрической керамики [4,5]. Значение Q×f серьезно ухудшается из-за высоких диэлектрических потерь стеклофазы. Были исследованы некоторые микроволновые диэлектрические керамики с низкой температурой спекания, такие как Li2ZnGe3O8, Li4WO5 и Bi3NbO7, на соответствие как диэлектрическим свойствам, так и требованиям температуры спекания [2,6,7]. Однако большинство высокоэффективных микроволновых диэлектрических керамик, таких как ZnAl2O4, Mg2SiO4 и Mg4Nb2O9 [8-10], по-прежнему не могут быть использованы в качестве НТКС из-за их высокой температуры спекания. Помимо стеклянных фритт и оксидов с низкой температурой плавления, фториды также являются большим типом добавок для спекания. LiF имеет температуру плавления примерно 845 °C, тогда как CaF2, SrF2 и BaF2 имеют температуру плавления примерно 1400 °C [11]. В таблице 1 представлены температуры спекания и микроволновые диэлектрические свойства некоторых микроволновых диэлектрических керамических материалов, легированных различными фторидами. Значения Q×f образцов, перечисленных в таблице 1, по-видимому, не ухудшились, что означает, что фториды имеют больше преимуществ, чем стеклянные фритты, в качестве вспомогательных средств для спекания. Температуры спекания образцов, легированных фтором, значительно ниже, чем у чистых фаз. Системы BaAl2Si2O8-LiF и MgTiO3-CaF2 можно спекать при 900°C и 1050°C [12,19], что указывает на возможность спекания чистого LiF и CaF2 при температурах ниже 900°C и 1050°C. LiF и AF2 (A = Ca, Sr, Ba) имеют типичную структуру типа каменной соли и флюорита соответственно. Многие соединения со структурой каменной соли или флюорита обладают хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами, такие как Li4WO5, Li2Mg3TiO6 и CeO2 [6,20,21]. С точки зрения связи между кристаллической структурой и микроволновым диэлектрические свойства, керамика LiF и AF2 (A = Ca, Sr, Ba) также может иметь хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. В 2004 г. Гейер и соавт. В работе [22] сообщается о микроволновых диэлектрических свойствах монокристаллов LiF, CaF2, SrF2, BaF2 и MgF2, а их значения Q×f составляют 192400, 92000, 73000, 57600 и 458600 ГГц соответственно. Чжан и др. В работе [16] разработан новый тип фторсодержащей керамики Li2+xMg1-xTi3O8-xFx, которая демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr = 24,8, Q×f = 50000 ГГц и τf = 4–6,09 м.д./°C. В предыдущих исследованиях сообщалось, что некоторые фториды и фторсодержащая керамика также должны иметь хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, что указывает на то, что область исследований микроволновой диэлектрической керамики может быть расширена от оксидов до фторидов. В этом исследовании керамика LiF, CaF2, SrF2 и BaF2 была приготовлена с помощью простого одностадийного процесса спекания. Были исследованы поведение при спекании, микроструктура и взаимосвязь между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами фторидной керамики. …………… Выводы Исследованы поведение при спекании, микроструктура и взаимосвязь между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами фторидной керамики. Керамика LiF, CaF2, SrF2 и BaF2 может хорошо спекаться при 800 °C, 950 °C, 1050 °C и 925 °C соответственно. Все спеченные образцы относятся к пространственной группе Fm-3m (225). Для каждого состава относительные плотности, относительная диэлектрическая проницаемость и добротность монотонно возрастали с температурой спекания до достижения максимального значения, а относительные плотности определяли диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Для различных составов относительная диэлектрическая проницаемость (εr), добротность (Q×f) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) фторидной керамики линейно возрастали с увеличением ионной поляризуемости элементарной ячейки, долей упаковки и валентностью связи сайт А. Среди этой серии фторидной керамики керамика LiF показала самую низкую температуру спекания 800 ° C и самое высокое значение Q × f 73880 ГГц. Учитывая их хорошую химическую совместимость с керамикой Ag, LiF, CaF2 и BaF2, они являются хорошими кандидатами для применения LTCC. Это исследование успешно расширило область исследований микроволновой диэлектрической керамики от оксидной керамики до фторидной керамики.

2019

Диэлектрическая керамика Ca2GeO4 была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Поведение при спекании, кристаллическая структура, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства были проанализированы с помощью XRD, SEM, Raman и инфракрасного спектра отражения. Было обнаружено, что Ca2GeO4 кристаллизуется в структуре оливина с пространственной группой Pnma. В образце, спеченном при 1420 °C, были получены плотные и высокоэффективные микроволновые диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью ˜ 6,76 ± 0,02, значением Q × f ˜ 82 400 ± 1800 ГГц и температурным коэффициентом ˜ -67 ± 3,4 ppm/°C. Инфракрасный спектральный анализ подтвердил, что в диэлектрическом вкладе Ca2GeO4 в микроволновом диапазоне преобладает поглощение фононов и нет вклада от диполярных или других механизмов поляризации. Большие отрицательные значения τf можно компенсировать формированием композитной керамики с CaTiO3. Для керамики 0,92Ca2GeO4-0,08CaTiO3 при 1420 °C для 4 ч. Эта керамика может быть хорошим кандидатом на роль подложки для микроволнового излучения. Введение СВЧ-диэлектрическая керамика как один из материалов сердцевины СВЧ-устройств (таких как резонаторы, фильтры, подложки и т. д.) широко используется в интеллектуальных транспортных системах (ИТС), радарах, мобильных телефонах, системах глобального позиционирования (GPS) и т. д. [1–3]. Обычно для оценки микроволновых свойств необходимо три основных требования: подходящая диэлектрическая проницаемость εr, высокий коэффициент добротности Q и стабильный температурный коэффициент резонансной частоты (τf) [4,5]. Наступает эпоха миниатюризации, высоких частот и интеграции СВЧ-диэлектриков. Это означает, что следует использовать более мощные микроволновые подложки, которые могут нести больше компонентов и обладать лучшими диэлектрическими и тепловыми свойствами. Поскольку длина волны внутри устройства обратно пропорциональна квадратному корню из его диэлектрической проницаемости, использование материалов с высоким εr может быть полезным для миниатюризации, но материалы с высокой диэлектрической проницаемостью обычно увеличивают ток утечки интегральных схем, эффект емкости между проводами и нагрев интегральных схем. Тем не менее, время задержки сигнала пропорционально квадратному корню из диэлектрической проницаемости, а материалы с низким εr могут повысить скорость перехода и уменьшить нагрев и потери в системе при передаче на высокой рабочей частоте [6–10]. Таким образом, материалы с низким εr, высокой добротностью и термостабильностью можно считать наиболее многообещающими кандидатами на роль подложек следующего поколения в высокочастотных электронных устройствах. До настоящего времени типичные материалы с низкой εr и высокой добротностью СВЧ-диэлектриков, включая материалы на основе Al, Si, такие как шпинельная структура MAl2O4 (M = Zn, Mg, Ni, Co) [11–13], оливиновая структура A2SiO4 (А = Ca, Mg) [14,15]. Но температуры спекания алюминийсодержащих соединений подходят для совместного обжига с электродом из тугоплавкого металла, такого как W, Mo, который следует спекать с керамикой в диапазоне 1200–1600 ° C в восстановительной атмосфере, что приводит к более дорогая стоимость и более сложный процесс. В ходе этих материалов значительное внимание привлекли некоторые Si-содержащие диэлектрические материалы со структурой оливина, такие как Mg2SiO4 (εr = 7,5, Q×f = 114 730 ГГц, τf = −57 ppm/°C) [15]. Как известно, германий и кремний находятся в одной группе в таблице Менделеева, а атом Ge имеет такую же электровалентность и схожую структуру электронной оболочки с атомом Si. На основании этого Чен и соавт. В работе [16] впервые сообщается о диэлектрическом материале Mg2GeO4 с низким εr и высокой добротностью. Кроме того, Эйленбергер и соавт. сообщили о синтезе структуры оливина Ca2GeO4 в своих оптических исследованиях и использовали ее в лазерном материале [17–19]. На сегодняшний день микроволновые диэлектрические свойства Ca2GeO4 еще не изучены. Учитывая отличное диэлектрические характеристики Mg2GeO4, поэтому разумно предсказать, что Ca2GeO4 может обладать многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами, а также стоит исследовать взаимосвязь между структурой и микроволновыми свойствами. В данной работе керамика Ca2GeO4 была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Взаимосвязь между поведением при спекании, кристаллической структурой, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами была подробно проанализирована с помощью XRD, SEM, Raman и инфракрасного спектра отражения. …………… Заключение В данной работе керамика Ca2GeO4 с орторомбической структурой оливина была синтезирована по обычному твердофазному реакционному пути. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca2GeO4 с εr = 6,76 ± 0,02, Q × f = 82 400 ± 1800 ГГц и τf = -67 ± 3,4 ppm/°C были получены при спекании при 1420 °C. Согласно результату инфракрасной отражательной способности, в поляризации преобладает поглощение фононов в дальней инфракрасной области, на которую не влияют диполярные или другие механизмы поляризации. Большие отрицательные значения τf можно было компенсировать формированием композитной керамики, близкие к нулю значения τf +4 ± 0,6 ppm/°C были получены для керамики 0,92Ca2GeO4-0,08CaTiO3, спеченной при 1420 °C в течение 4 часов. Структура оливина Ca2GeO4 может быть многообещающим кандидатом в качестве материала подложки для микроволнового излучения.

2019

Новый тип керамики Ce2Zr3(MoO4)9 (CZM) был успешно получен в процессе твердофазной реакции при низкой температуре спекания. Все исследованные спеченные образцы показали наличие тригональной фазы с пространственной группой R3c (№ 167) с помощью рентгеновской дифракции. Результаты уточненного анализа Ритвельда позволили дополнительно изучить кристаллическую структуру CZM. Согласно изображениям сканирующей электронной микроскопии, плотная однородная морфология поверхности наблюдалась при 525–625 °C для керамики CZM. Корреляции между структурными характеристиками и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики CZM были систематически исследованы путем расчета некоторых параметров химической связи на основе теории химической связи сложных кристаллов. Анализ результатов спектроскопии отражения в дальнем инфракрасном диапазоне показал, что поглощение структурных фононных колебаний на инфракрасных частотах играет доминирующую роль в вкладе диэлектрической поляризации для керамики CZM. Кроме того, образец CZM, спеченный при 575 °C, продемонстрировал оптимальные микроволновые диэлектрические свойства: εr = 10,69, Q·f = 19,062 ГГц и τf = −1,29 миллионных долей/°C. Введение Из-за важности интеграции и миниатюризации для системы СВЧ-схемы была изучена технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC). Керамика с высокими значениями εr, высокими значениями Q·f, близкими к нулю значениями τf и низкими температурами спекания широко опробована для создания устройств LTCC [1,2]. Необходимо срочно разработать микроволновую диэлектрическую керамику с низкими температурами спекания и превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, чтобы удовлетворить стремительный прогресс в области связи. Таким образом, существует сильное стремление к разработке новой микроволновой диэлектрической керамики [3–8], снижению температуры за счет добавления спекающих добавок [9–11] и улучшению микроволновых диэлектрических свойств за счет ионного замещения [12–15]. В частности, подробно изучен ряд новых микроволновых диэлектрических керамик, таких как керамика MoO3, [Ca0,55(Sm1-xBix)0,3]MoO4 и (Ca, Bi)(Mo, V)O4 [16–18]. В последнее время, как показано в таблице 1, микроволновая диэлектрическая керамика на основе молибдена, такая как Sm2Zr3(MoO4)9, Nd2Zr3(MoO4)9 и Eu2Zr3(MoO4)9 и т. д., привлекла большое внимание благодаря превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам и низкие температуры спекания [19–22]. Например, сообщалось, что керамика La2Zr3(MoO4)9, спеченная при 775 °C, имеет хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 10,8, Q·f = 50 628 ГГц и τf = −38,8 ppm/°C [20]. Однако о новой керамике Ce2Zr3(MoO4)9 до сих пор не сообщалось. Таким образом, образцы CZM впервые были успешно приготовлены твердотельным способом. Микроструктура, характеристики спекания и микроволновые диэлектрические свойства CZM были изучены научно. Теория химических связей сложных кристаллов и инфракрасные (ИК) спектры отражения были полезны для изучения взаимосвязи между внутренними факторами и диэлектрическими свойствами образцов CZM. ……………… Вывод Новая CZM-керамика была изготовлена методом твердофазной реакции при низкой температуре спекания. Единственная фаза с тригональной структурой в пространственной группе R-3c была подтверждена рентгеновским дифрактометром. Уточнения Ритвельда использовались для дальнейшего исследования кристаллической структуры. Плотные образцы, спеченные при 575–625 °С с однородной микроструктурой, были охарактеризованы с помощью сканирующей электронной микроскопии. Взаимосвязь структура-свойство образцов CZM изучалась с использованием теории химических связей сложных кристаллов и дальнего инфракрасного спектра. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 10,69, Q·f = 19,062 ГГц и τf = -1,29 ppm/°C были достигнуты в образце CZM, спеченном при 575 °C.

2019

Состав и структура играют доминирующую роль в реализации диэлектрических свойств микроволн, которые необходимы для постоянно растущих требований Интернета вещей и связанных с ним коммуникационных технологий. В настоящем исследовании систематически изучается замещение Ta5+ в керамике Li3Mg2Nb1-xTaxO6 и его влияние на структурные характеристики и диэлектрические характеристики микроволнового излучения. Все замещенные составы были определены как чисто фазовые орторомбические структуры Li3Mg2NbO6 пространственной группы Fddd. Кроме того, были рассчитаны октаэдрическое искажение NbO6, валентность связи Nb-O, доля упаковки и поляризуемость для изучения парадигмы структура-свойства-характеристики в контексте микроволновых диэлектрических характеристик. Сканирующая электронная микроскопия выявила однородные микроструктуры, при этом введение Ta5+ способствует росту зерен. Спектры комбинационного рассеяния показали, что изменение полосы (синее и красное смещение) при 771 см-1 сильно коррелирует с изменением объема элементарной ячейки. Поляризуемость существенно повлияла на значения ɛr. На значения Q × f сильно повлияли фракция упаковки и размер зерна. Изменения октаэдрического искажения NbO6 и валентности связи Nb–O повлияли на значения τf. Композиция Li3Mg2Nb0,98Ta0,02O6 продемонстрировала самые значительные улучшения в микроволновых диэлектрических свойствах: εr = 15,58, Q × f = 113 000 ГГц и τf = −4,5 ppm/°C, что является потенциальным кандидатом для микроволновых и миллиметровых волн следующего поколения. Приложения. ВВЕДЕНИЕ В последние годы широко исследуются диэлектрические материалы для удовлетворения спроса на пассивные устройства, такие как фильтры, конденсаторы, диэлектрические резонаторы и функциональные подложки.1–4 Чтобы увеличить скорость распространения и предотвратить затухание сигнала, диэлектрические материалы должны обладать высокая добротность и диэлектрическая проницаемость.5–8 Для практических инженерных применений температурный коэффициент резонансной частоты должен быть близок к нулю, чтобы гарантировать стабильность работы.9,10 Однако многие типы диэлектрической керамики не обладают этими свойствами. Вместо этого довольно распространены материалы с высокими диэлектрическими потерями или большими температурными коэффициентами резонансной частоты. Таким образом, способы улучшения диэлектрических свойств остаются центральной задачей исследования материалов и разработки материалов для применения в микроволновой технике.11–15 Чтобы получить желаемые диэлектрические материалы, была предложена теория, связывающая структуру и микроволновые диэлектрические свойства.12,16 ‒19 В последнее время керамические материалы, содержащие литий со структурой каменной соли, обладают уникальным потенциалом для практического применения благодаря подходящим микроволновым диэлектрическим свойствам.20 Биан и др. исследовали диэлектрические характеристики керамики Li3Mg2NbO6 и обсудили структурную эволюцию с помощью рентгеновской дифрактометрии. инфракрасная отражательная способность и рамановская спектроскопия.21 Чтобы изменить диэлектрические характеристики микроволнового излучения, Zuo et al использовали введение ионов Zn2+ для Mg2+, что значительно улучшило значения Q × f для керамики Li3Mg2NbO6.15 Кроме того, Zhang et al. приняли сопутствующее введение замещения стратегических ионов и добавок к стеклу для изменения диэлектрических свойств микроволнового излучения.22–26 Однако эти измерения не показали какого-либо существенного влияния на значения τf. Чтобы получить желаемое близкое к нулю значение τf, были рассчитаны некоторые структурные характеристики, чтобы установить взаимосвязь между структурой и диэлектрическими характеристиками.27,28 В предыдущей работе эти авторы определили диэлектрические характеристики Ni0,5Ti0,5Nb1-xTaxO4. керамика.29 Примечательно, что ионные радиусы Ta5+ (0,64 Å) и Nb5+ (0,64 Å) одинаковы, и поэтому твердые растворы легко образуются при низкоуровневом замещении катионов. С другой стороны, танталсодержащие материалы обычно имеют другую кристаллическую структуру по сравнению с ниобийсодержащими материалами, следовательно, даже небольшие замещения катионов Ta5+ могут нарушить структуру исходного соединения и его микроволновые диэлектрические характеристики. Согласно предыдущим исследованиям, значения τf керамики Li3Mg2NbO6 можно довести почти до нуля, используя ограниченные замены.30,31 В настоящем исследовании почти нулевое значение τf было получено для состава, имеющего x = 0,02. Кроме того, значения Q × f сначала увеличиваются, достигая максимума при x = 0,03, а затем уменьшаются, что указывает на то, что более высокое содержание замещения Ta5+ при x > 0,04 не вносит существенного вклада в улучшение значений Q × f. Температура плавления Ta2O5, т. е. 1800 °С, существенно выше, чем у Nb2O5, т. е. 1480 °С, поэтому температуры спекания образцов с высоким содержанием Та5+ должны быть выше, чем у керамики Li3Mg2NbO6. В керамике Li3Mg2NbO6 при температуре выше 900°C происходит неприятное испарение лития, что отрицательно сказывается на диэлектрических свойствах микроволнового излучения. Таким образом, высокотемпературная спеченная керамика Li3Mg2(Nb1-xTax)O6 будет страдать от значительного испарения лития, что приводит к пористой микроструктуре. с ограниченной прикладной ценностью. По этим причинам был исследован ограниченный круг замен. Обсуждается влияние замещения ионов Ta5+ на улучшение микроволновых диэлектрических свойств и связь этих свойств со структурой кристалла. Структурные характеристики, включая измерение искажения октаэдров, валентность связи Nb-O, поляризуемость и долю упаковки, определяли с использованием уточнения Ритвельда. …………… ВЫВОДЫ В настоящей работе керамика Li3Mg2Nb1-xTaxO6 (x = 0, 0,01, 0,02, 0,03 и 0,04) с низкими потерями была изготовлена с использованием твердофазного реакционного процесса. Было исследовано влияние замены Ta5+ на структурные характеристики и соответствующее улучшение микроволновых диэлектрических свойств. На основании результатов уточнения Ритвельда все замененные составы были отнесены к одной орторомбической фазе Li3Mg2NbO6. Кроме того, для состава Li3Mg2Nb1–xTaxO6 (13) (x = 0,03) наблюдались однородные микроструктуры с одинаковыми размерами зерен (13,65 мкм). Были измерены и рассчитаны октаэдрические искажения NbO6, валентность связи Nb-O, доля упаковки и поляризуемость, чтобы установить взаимосвязь между структурными свойствами и микроволновыми диэлектрическими характеристиками. Кроме того, наблюдалось чрезвычайно небольшое расхождение между значениями αtheo и αrc, а значения εr коррелировали с поляризуемостью. На значения Q × f в значительной степени влияли фракция упаковки и размер зерна. Значения τf зависели от октаэдрических искажений NbO6 и валентности связи Nb-O. В частности, состав Li3Mg2Nb1-xTa xO6 (x = 0,02) продемонстрировал существенные улучшения диэлектрической проницаемости в микроволновом диапазоне: εr = 15,58, Q × f = 113 000 ГГц и τf = −4,5 ppm/°C, что является многообещающим кандидатом для микроволнового и миллиметрового диапазона. – волновые приложения.

2019

В настоящей работе сообщается о новой СВЧ диэлектрической керамике NiTiTa2O8 с тетрагональной ячейкой структуры трирутильного типа. Исследованы кристаллическая структура, микроструктура, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики NiTiTa2O8. Кристаллографические параметры были получены путем уточнения Ритвельда и рассчитаны потенциальная энергия решетки, теоретическая диэлектрическая проницаемость, доля упаковки, а также искажения октаэдра. Керамика NiTiTa2O8, спеченная при 1350 С, обладала наиболее стабильной структурой с уточненными параметрами а = b = 4,6869(2) Å, с = 9,0726(1) Å и Vунит = 199,617 Å3. Измеренные диэлектрические постоянные, все чувствительные к плотности образцов, были ниже теоретических значений. Значения Q f в значительной степени связаны с долей упаковки и относительной плотностью. На температурный коэффициент резонансной частоты (tf) в основном влияли кислородные искажения октаэдра. Отличные диэлектрические свойства εr = 39,86, Q f = 25 051 ГГц и tf = 75 ppm/C для керамики NiTiTa2O8 могут быть получены при температуре спекания 1350 C. Введение С быстрым развитием рынка мобильных телефонов и беспроводной связи, микроволновые диэлектрические материалы, которые широко используются в микроволновых компонентах, таких как фильтры, резонаторы, волноводы, дуплексеры и антенны, должны соответствовать более высоким требованиям. Разработка новых материалов со средней диэлектрической проницаемостью (εr) с высоким коэффициентом качества (Q) стала как никогда актуальной [1]. В 1994 г. А. Баумгарте и соавт. впервые сообщили о кристаллической структуре системы M2+M4+Nb2O8(M2+=Be, Mg, Ca, Mn, Co, Ni, Zn, Cd; M4+=Ti, Zr, Ge, Sn) [2]. В 2000 году Ким и соавт. обнаружили, что керамика ZnTiNb2O8 обладает добротностью 42 500 ГГц, εr 34,3 и tf 52 ppm/C [3]. Благодаря современным коммуникационным технологиям, пользующимся большим спросом, микроволновая диэлектрическая керамика, такая как CoTiNb2O8, Cu0,5Ti0,5NbO4, MgTiNb2O8 и NiTiNb2O8, относится к микроволновой диэлектрической керамике на основе ниобата, демонстрируя отличные диэлектрические свойства, которые последовательно изучались [4e9]. Однако сообщений о микроволновой керамике на основе танталата титана немного. Вообще говоря, ниобий и тантал принадлежат к одному семейству элементов, ионные радиусы Ta5+(0,64 Å) такие же, как у Nb5+(0,64 Å) [10]. Поэтому для улучшения диэлектрических свойств многие исследования были сосредоточены на замене Nb5+ на Ta5+ в СВЧ-диэлектрической керамике. Например, Ми Сяо и др. обнаружили, что значения Q f и значения tf были намного лучше, поскольку количество замены Ta5+ на Nb5+ находилось в определенном диапазоне в La (Nb1-xTax) O4 микроволновой керамике [11]. Для керамики Ni0,5Ti0,5Nb1exTaxO4, описанной Xin Huang et al., замена Nb на Ta изменила длину связи, что привело к уменьшению d NbeO октаэдра [NbO6] и снижению значений tf [12]. ]. Цинвэй Ляо и др. сообщили, что низкотемпературная спекаемая керамика ZnTiNbTaO8 с относительно превосходными свойствами εr ~ 36,3, Q f ~ 67000 ГГц, tf ~ 57,66 ppm/C может быть получена путем замены Nb5+ на Ta5+ [13]. Ввиду превосходных диэлектрических свойств соединений ATiNb2O8 (A = Zn, Mg, Ni, Co и др.) нас заинтересовала возможность получения керамики ATiTa2O8. В исследовании Jeong-Hyun Park et al. на кристаллоструктурные и СВЧ-диэлектрические свойства однофазной керамики ZnTiTa2O8 положительно повлияли на обогащение исследований СВЧ-диэлектрической керамики ATi(Nb, Ta)2O8 [14]. Недавно Nobuhiro Kumada et al. сообщили о новых материалах NiTiTa2O8 и Co0,5Ti0,5TaO4. и Хонгю Ян и др. соответственно [15,16]. Однако о микроволновых диэлектрических свойствах керамики NiTiTa2O8, которые необходимо изучить, пока не сообщается. Поэтому в данной работе керамика NiTiTa2O8 была синтезирована по твердофазной реакции. Цель работы заключалась в выяснении корреляций между кристаллической структурой, температурой спекания, микроструктурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики NiTiTa2O8. ……………… Выводы Новая микроволновая диэлектрическая керамика NiTiTa2O8 была синтезирована традиционным методом твердотельных реакций. В настоящей работе исследованы кристаллическая структура, поведение при спекании, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики NiTiTa2O8. Принадлежа к тетрагональной ячейке структуры трирутильного типа, керамика, спеченная при 1350°С, обладала наиболее стабильной структурой с относительной плотностью 94,10 %, а общая микроструктура представляла собой неправильно-полигональные зерна. В диапазоне 1250C1450C измеренная диэлектрическая проницаемость, чувствительная к плотности образцов, варьировалась от 33,81 до 39,86. Значения Q f в значительной степени были связаны с относительной плотностью и долей упаковки, а максимальное значение было получено при 1350 C. На изменение tf в основном влияли октаэдрические искажения [AO6] и [BO6]. Для микроволновой керамики NiTiTa2O8, спеченной при 1350°C в течение 4 часов, можно получить превосходные диэлектрические свойства εr=39,86, Qf=25051 ГГц, tf=75 ppm/C.

2019

Новая керамика NiZrTa2O8 с малыми потерями была изготовлена традиционным смешанным оксидным методом с исследованием кристаллической структуры и микроволновых диэлектрических свойств. Фазовый состав керамики NiZrTa2O8 представляет собой двухфазное сосуществование, индексированное как NiTiNb2O8 и Ni0,5Ti0,5NbO4. Кажущуюся морфологию и размер зерна анализировали в зависимости от температуры спекания. Диэлектрическая проницаемость (εr), которая изменялась от 19,02 до 21,38, в основном зависела от плотности и фазового состава. В качестве фактора качества (Q G) преобладал размер зерна. В этой статье оптимальные характеристики керамики NiZrTa2O8: εr = 20,61, QG = 49200 ГГц, спекание при 1325 °С. Введение С быстрым развитием технологии микроволновой связи спрос на микроволновую диэлектрическую керамику с различными свойствами продолжает расти, что побуждает большое количество исследователей посвятить себя изучению и изобретению новых видов микроволновой диэлектрической керамики. Керамика ZnTiNb2O8 для микроволнового применения впервые была описана D.W. Kim et al. [1]. С тех пор керамика ZnTiNb2O8 вызывает все больший интерес благодаря своим превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам [2,3]. В соответствии с предыдущими исследованиями было известно, что микроволновые диэлектрические свойства могут быть оптимизированы за счет ионной замены [4]. В 2012 году Liao et al. провели исследование модификации керамики ZnTiNb2O8 путем замены иона Ti ионом Zr. [5]. В дальнейшем для многих соединений, полученных методом ионного замещения и имеющих аналогичную формулу с системой ZnTiNb2O8, сообщалось об их микроволновых диэлектрических свойствах [6-9]. Ион никеля был хорошей заменой двухвалентных ионов, особенно при незначительном замещении, поскольку иногда он мог значительно улучшить микроволновые диэлектрические свойства исходной системы. Поэтому новое соединение с составом NiZrTa2O8 было разработано на основе формулы ZnTiNb2O8 с заменой Zn на Ni, заменой Ti на Zr и заменой Nb на Ta. В этой работе керамика NiZrTa2O8 была впервые успешно приготовлена с использованием обычного твердофазного реакционного метода, при этом исследовались характеристики спекания, кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства. …………… Вывод Впервые разработан и изготовлен новый диэлектрический материал с формулой NiZrTa2O8. Плотная керамика NiZrTa2O8 была получена при температуре спекания от 1275°С до 1375°С. Фазовая структура керамики NiZrTa2O8 характеризовалась сосуществованием двух фаз и не претерпела явных изменений при различных температурах спекания. Рост зерен анализировали по кажущейся морфологии. Размер зерна монотонно увеличивался в зависимости от температуры спекания, в то время как аномальный рост зерна наблюдался, когда температура спекания была слишком высокой. Что касается микроволновых диэлектрических свойств, то диэлектрическая проницаемость керамики NiZrTa2O8 не претерпела явного изменения в течение всего интервала спекания, что было связано с плотностью образцов. Значения Q G, которые в основном зависели от размера зерна, сначала увеличивались, а затем уменьшались в зависимости от температуры спекания. Типичные микроволновые диэлектрические свойства керамики NiZrTa2O8: εr = 20,61, QG = 49200 ГГц, спекание при 1325°С.

2019

(1-x)CoTiNb2O8-xZnNb2O6 микроволновая диэлектрическая керамика была приготовлена по обычному твердофазному реакционному пути с целью снижения значения τf и улучшения термической стабильности. Фазовый состав и микроструктуру исследовали методами рентгеноструктурного анализа, спектров комбинационного рассеяния и растровой электронной микроскопии. Набор фазовых переходов, вызванных составом, подтвержден последовательностью: структура рутила → сосуществование рутиловой и колумбитовой фаз → колумбитовая фаза. Для (1–x)CoTiNb2O8–xZnNb2O6 СВЧ-диэлектрической керамики добавление содержания ZnNb2O6 (x = 0–1) привело к снижению εr с 62,98 до 23,94. В результате высокого Q × ƒ керамики ZnNb2O6 увеличение содержания ZnNb2O6 также привело к более низким температурам спекания и более высоким значениям Q × ƒ. Значение τf уменьшилось с +108,04 (x = 0) до – 49,31 ppm/℃ (x = 1). Среди них керамика высокой плотности 0,5CoTiNb2O8-0,5ZnNb2O6 была получена при 1175 ℃ с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr 39,2, Q × ƒ 40013 ГГц и τf +3,57 ppm/℃. Введение В последние годы, с быстрым развитием современных коммуникационных технологий, диэлектрических антенн и подложек интегральных схем СВЧ, диэлектрическая керамика СВЧ, которая используется в качестве основного материала этих электронных компонентов, получила широкое развитие [1,2]. Для применения в области СВЧ диэлектрический материал должен соответствовать следующим трем требованиям: большая диэлектрическая проницаемость, превосходный коэффициент качества и температурно-частотный коэффициент, близкий к нулю. Однако одновременное соответствие трем вышеуказанным характеристикам в одной материальной системе затруднительно. Поэтому регулирование диэлектрических свойств очень важно для практических материалов. Баумгарте и Блачник [3] исследовали составы M2+M4+Nb2O8 (M2+ = Be, Mg, Ca, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Cd; M4+ = Ti, Zr, Ge, Sn), а среди керамика CoTiNb2O8 показала отличные микроволновые диэлектрические свойства: εr ~65,4, Q × ƒ ~65300 ГГц и τf ~223,2 ppm/℃ [4]. Однако большое значение τf (223,2 ppm/℃) не способствует его практическому применению и требует корректировки. Использование двух видов материалов с противоположными температурными коэффициентами является распространенным способом регулирования температурного коэффициента резонансной частоты материала. Многие исследователи предпринимали попытки в этой области, которые получили хорошие результаты [5,6]. Ненашева и др. В работе [7] сообщается, что τf доводили до 0 ppm/℃ при x = 0,66 в композите (1–x)ZnNb2O6–xZn0,17Nb0,33Ti0,5O2. Ли и др. В работе [8] сообщается, что в композите (1–x)(Na0,5La0,5)MoO4–x(Na0,5Bi0,5)MoO4 τf была доведена до 0,28 ppm/℃. Эти исследования доказали эффективность метода. Для сложнофазной керамики с различной кристаллической структурой было доказано, что образование твердого раствора и вторичной фазы также может быть эффективно ингибировано и может поддерживать хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне [9,10]. В отличие от положительных значений τf керамики CoTiNb2O8, керамика ZnNb2O6 со структурой колумбита имеет отрицательные значения τf и находится в той же ниобатной системе, что и керамика CoTiNb2O8. Ли и др. В работе [11] сообщается, что микроволновые диэлектрические свойства ZnNb2O6 достигают εr ~ 25, Q × ƒ ~ 83700 ГГц и τf ~ –56 ppm/℃. Таким образом, предполагается, что композиционная керамика с близкими к нулю значениями τf может быть получена путем объединения керамики CoTiNb2O8 и керамики ZnNb2O6. В настоящей работе композиционная керамика (1–x)CoTiNb2O8–xZnNb2O6 (x = 0–1) различной структуры была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции с целью снижения значения τf и повышения термической стабильности. Подробно исследованы фазовый состав, микроструктура, реакция спекания и микроволновые диэлектрические свойства композита (1–x)CoTiNb2O8–xZnNb2O6 (x = 0–1). ……………… Выводы В работе исследована кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства керамики (1–x)CoTiNb2O8–xZnNb2O6 с контролируемым температурным коэффициентом. Влияние добавки ZnNb2O6 на кристаллическую структуру было подробно проанализировано с использованием комбинации рентгеновской дифракции, спектров комбинационного рассеяния и сканирующей электронной микроскопии. Система сохраняла фазовую структуру рутила до x = 0,2, а фазовый переход происходил между x = 0,3 и x = 0,6. При x ≥ 0,7 система сохраняла фазовую структуру колумбита. Кристаллическая структура оказывала существенное влияние на диэлектрические свойства керамики. Околонулевой температурный коэффициент резонансной частоты был получен при x = 0,5. Хорошее уплотнение керамики 0,5CoTiNb2O8–0,5ZnNb2O6 может быть достигнуто при 1175 ℃ в течение 4 ч со значением r ε 39,2, значением Q × ƒ 40013 ГГц и значением f τ +3,57 ppm/℃.

2019

Новая керамика Gd2Zr3(MoO4)9 (ГЗМ) была приготовлена твердотельным методом при низкой температуре спекания. Единственная фаза с тригональной структурой в пространственной группе R-3c была подтверждена рентгеновским дифрактометром. Кристаллическая структура была дополнительно исследована по результатам уточнения Ритвельда. Сканирующая электронная микроскопия охарактеризовала плотные образцы ГЗМ, спеченные при температуре 725–800 °С, с однородной микроструктурой. Теория химических связей сложных кристаллов была использована для детального исследования взаимосвязей структуры и свойств образцов GZM. Внутренние свойства были исследованы по дальнему инфракрасному спектру, и расчетные микроволновые диэлектрические свойства хорошо согласовывались с измеренными значениями. Можно сделать вывод, что микроволновые диэлектрические свойства GZM в основном объясняются ионной поляризацией, а не электронной. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью (εr) 10,78, добротностью (Q·f) 40,945 ГГц и температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) –12,26 миллионных долей/°C были достигнуты в образце GZM, спеченном при 725 °С. Введение Микроволновые устройства с хорошими микроволновыми диэлектрическими характеристиками были широко исследованы в связи со взрывным ростом технологии высокочастотной беспроводной связи [1–3]. Материалы с высокими значениями εr для требований миниатюризации, высокими значениями Q·f для улучшения частотной избирательности, близкими к нулю значениями τf для хорошей температурной стабильности и низкими температурами спекания для совместного обжига с электродами должны быть обязательно приняты во внимание при разработке низкотемпературных материалов. устройства из термообожженной керамики (LTCC) [4]. Желательно разработать новые системы микроволновых диэлектрических материалов [5–9], улучшить микроволновые диэлектрические свойства путем ионного замещения [10–12] и снизить температуру спекания за счет добавления спекающих добавок [13–15]. К настоящему времени широко изучено большое количество новых диэлектрических материалов с низкими температурами спекания, таких как Li9Zr3NbO13 [16], (1-x)BaCu(B2O5)-xTiO2 [17], Ca0,66Bi0,34Mo0,66V0. 34O4 [18] и Li3Ba2La1.8Y1.2(MoO4)8 [19], и они могут быть перспективными кандидатами для применения в LTCC. В последнее время, благодаря низким температурам спекания и превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам, микроволновая диэлектрическая керамика на основе Mo, такая как Sm2Zr3(MoO4)9, Nd2Zr3(MoO4)9 и Eu2Zr3(MoO4)9, привлекла большое внимание [20–23]. Например, в образце La2Zr3(MoO4)9 были достигнуты хорошие микроволновые диэлектрические свойства εr = 10,8, Q·f = 50 628 ГГц и τf = -38,8 ppm/°C [22]. Впоследствии, чтобы улучшить диэлектрические свойства, образец La2(Zr0,92Ti0,08)3(MoO4)9 был спечен при 750 °C с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 10,33, Q·f = 80,658 ГГц и τf = 3,48 ppm/°C [23]. Однако о новой керамике Gd2Zr3(MoO4)9 ранее не сообщалось. Таким образом, новая керамика GZM впервые была успешно получена твердотельным способом. Исследованы микроструктура, характеристики спекания и диэлектрические свойства GZM. Теория химических связей сложных кристаллов и инфракрасный (ИК) спектр отражения использовались для исследования взаимосвязи между внутренними факторами и микроволновыми диэлектрическими свойствами образцов GZM. …………… Вывод Впервые получена новая керамика ГЗМ тригонального типа с низкими температурами спекания и синтезирована чистая фаза во всем диапазоне температур 675–800 °С. Удалось получить параметры уточнения Ритвельда a = b = 9,7750–9,7762 Å, c = 57,9459–57,9669 Å и V = 4795,03–4797,74 Å3. СЭМ показала, что плотные и однородные зерна могут образовываться при спекании образцов при температуре 725–800 °С. Параметры химической связи образца GZM, спеченного при 725 °C, были получены для изучения взаимосвязи между внутренними факторами и диэлектрическими свойствами, а вариации значений εr, Q·f и τf могли быть в основном вызваны параметрами связи Gd/Mo–O. Анализ спектра инфракрасного отражения показал, что основной вклад в диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне вносит ионная поляризация. Как правило, образец GZM, спеченный при 725 °C, демонстрировал оптимальные микроволновые диэлектрические свойства: εr = 10,78, Q·f = 40 945 ГГц и τf = −12,26 ppm/°C.

2019

В этом исследовании были исследованы кристаллическая структура, фазовый состав, спектр комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства новой керамики Co0,5Zr0,5TaO4. На основании рентгеноструктурного анализа, уточнения Ритвельда и рамановской спектроскопии подтверждено сосуществование моноклинной и трирутил-тетрагональной фаз в интервале температур 1100~1200 oC. Изменения относительной плотности, роста зерна и содержания каждой фазы в основном ответственны за развитие микроволновых диэлектрических свойств керамики Co0,5Zr0,5TaO4. Отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr 20,19, Q×f около 65125 ГГц и τf ок. -39,02 ppm/oC были получены при спекании при 1150 oC. Введение Растущие разработки в индустрии электронных коммуникаций вызывают огромный спрос на электронные устройства[1]. Диэлектрические материалы для СВЧ, особенно керамика на основе ниобата, такая как Li2O-MO-Nb2O5 (M=Zn, Mg) [2-4], MO-M'O2-Nb2O5 (M=Zn, Mg, Co, M'=Ti , Zr) [5-7] стали объектами исследований благодаря их регулируемым диэлектрическим свойствам, в том числе подходящему εr и большому значению Q×f. В настоящее время многие новые системы на основе тантала с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами становятся предметом всемирных исследований. Например, керамика ZnTiTa2O8 иксиолитового типа с εr ~ 35,7, Q×f 57550 ГГц и τf ~ -24,7 ppm/oC была синтезирована с использованием золь-гель технологии [8]. Сообщается, что керамика ZnZrTa2O8 со структурой вольфрамита имеет значение Q×f около 110700 ГГц и εr ~32 [9]. Ся сообщил, что вольфрамитовая керамика MgZrTa2O8 с εr ~ 22,76, Q×f 131500 ГГц и τf ок. -33,81 ppm/oC были получены при спекании при 1475oC. Однако значение Q×f ухудшилось до 39000 ГГц, когда 0,5 мас. % добавки для спекания CaF2 [10, 11]. В нашем предыдущем исследовании был синтезирован новый твердый раствор Co0,5Ti0,5TaO4 трирутильного типа, чьи микроволновые диэлектрические характеристики зависят от способности к спеканию, ионного окружения и типов химической связи кристаллической структуры на основе структурных характеристик. В частности, он имеет диэлектрические свойства: εr около 40, Q×f около 17200 ГГц и большое положительное значение τf 114,54 ppm/oC при спекании при 1075oC[12]. Учитывая, что источник циркония полезен для улучшения значений Q×f во многих системах. т.е. в тригональном твердом растворе La2(Zr1−xTix)3(MoO4)9 (0 ≤ x ≤ 0,1) были получены улучшенные диэлектрические свойства: εr = 10,33, Q×f = 80658 ГГц и τf = 3,48 ppm/oC х = 0,08[13]. В керамике Co0,5(Ti1-xZrx)0,5NbO4 [14] происходят структурные превращения между рутиловой и моноклинной фазами, а оптимальные микроволновые диэлектрические свойства достигаются при x = 0,6: εr = 24,40, Q×f = 48599 ГГц и τf = 9,2 ч/млн/°С. В моноклинных твердых растворах MgZr(Nb1-xTax)2O8 значение Q×f увеличилось с 72842 до 88440 ГГц при x = 0,1 [5]. Поэтому в данной работе тизит керамики Co0,5Ti0,5TaO4 заменен ионом Zr4+. Например, Ван сообщил о синтезе диэлектрической керамики для микроволнового излучения CoZrTa2O8, которая имеет чистую моноклинную структуру вольфрамита и демонстрирует высокую температурную стабильность: εr ~ 23,54, Q×f ~ 20100 ГГц и τf ~ -8,72 ppm/oC[15]. Однако наше исследование керамики Co0,5Zr0,5TaO4 с использованием различных источников кобальта демонстрирует различные фазовые составы и диэлектрические характеристики. …………………… Вывод В этой работе сообщается о новой керамике Co0,5Zr0,5TaO4. Исследованы кристаллическая структура, фазовый состав, спектр комбинационного рассеяния и микроволновые диэлектрические свойства. На основании измерения порошковой рентгеновской дифракции, уточнения Ритвельда и анализа спектра комбинационного рассеяния в керамике Co0,5Zr0,5TaO4 подтверждено сосуществование моноклинной структуры и трирутильной тетрагональной фазы. На развитие микроволновых диэлектрических свойств образцов Co0,5Zr0,5TaO4 в интервале температур 1100~1200°С в основном влияют уплотнение, рост зерна, фазовый состав и фазовое содержание. Комбинация высоких микроволновых диэлектрических свойств керамики Co0,5Zr0,5TaO4 была достигнута при спекании при 1150°C: εr = 20,19, Q×f = 65125 ГГц, τf = -39,02 м.д./°C.

2019

Новый вид низкотемпературной обожженной керамики Eu2Zr3(MoO4)9 был изготовлен традиционным методом твердотельной реакции. Смешанные порошки прокаливали при 600 ℃, а образцы спекали при 500–700 ℃ в течение 4 часов. Рентгеноструктурный анализ и уточнение по Ритвельду показали, что Eu2Zr3(MoO4)9 принадлежит к тригональной системе с пространственной группой R-3c. Ионность связи, энергия решетки и энергия связи керамики были рассчитаны по теории комплексной химической связи. Микроволновые диэлектрические свойства определяли на микроволновых частотах 9,7-14,7 ГГц с помощью анализатора цепей. Спектры в дальней инфракрасной области указывают на то, что основной вклад в поляризацию керамики Eu2Zr3(MoO4)9 вносит поглощение структурных фононных колебаний. Керамика, спеченная при 600 ℃ в течение 4 часов, показала наилучшие диэлектрические свойства с относительной диэлектрической проницаемостью (εr) 10,75, добротностью (Q·f) 74 900 ГГц и температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) -8,88 ppm/℃. Введение С быстрым развитием технологий беспроводной связи микроволновая диэлектрическая керамика широко используется во многих областях, таких как мобильная связь и радиолокационные системы [1]. СВЧ диэлектрическая керамика должна обладать соответствующей относительной диэлектрической проницаемостью, более высокой добротностью и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты [2, 3]. В прошлом сообщалось о ряде диэлектрических керамических материалов с превосходными диэлектрическими свойствами для микроволнового излучения. [4-9] Некоторые типичные микроволновые диэлектрические керамики, такие как Al2O3-TiO2 [10, 11] и комплексные перовскиты (ABB'O3) [12], обладают превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, однако их применение в высокоинтегрированных схемах ограничено из-за высокая температура спекания. Обычно для снижения температуры спекания часто использовались добавки для спекания, такие как фторид и добавка CuO. [13, 14] В последние несколько десятилетий были исследованы многочисленные безстекольные низкообжиговые керамики, такие как BaMg2V2O8 и Ba2LnV3O11 (Ln=Nd, Sm) [15, 16]. В последние годы появились сообщения о некоторых новых керамических системах, а также о низкотемпературной обожженной керамике [17-24]. Например, Li9Zr3NbO13, спеченный при 900 ℃, продемонстрировал превосходные микроволновые диэлектрические свойства: εr=21,3, Q·f=43 600 ГГц и τf=7,3 ppm/℃ [23]. Керамика (1-x)Li2TiO3-xLi2CeO3 может быть уплотнена при 850 ℃ и обладал микроволновыми диэлектрическими свойствами εr=21,2, Q·f=59,039 ГГц и τf=-7,4 ppm/℃ при x=0,14 [24]. Молибден (Mo), содержащий микроволновую диэлектрическую керамику, широко изучался благодаря ее низкой температуре спекания и превосходным микроволновым диэлектрическим характеристикам [25-27]. Панг и др. сообщили, что система CaMoO4-xY2O3-xLi2O обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами с εr=9,5, Q·f=63,240 ГГц и τf=7,2 ppm/℃ при x=0,306 и спекании при 775 ℃ [25]. Панг и др. также исследованы микроволновые диэлектрические свойства керамики Ln2Mo3O12 (Ln=La, Nd). La2Mo3O12, спеченный при 930 ℃, показал низкое значение εr, равное 10,1, высокое значение Q·f, равное 60 000 ГГц, и значение τf, равное -80 ppm/℃, а Nd2Mo3O12, спеченный при 945 ℃, показал значение εr, равное 8,2, высокое значение Q·f, равное 80 000 ГГц и τf -60 ppm/℃ [26]. Кроме того, Zhang et al. В работе [27] сообщается о двух ультранизкотемпературных спеченных микроволновых диэлектрических керамиках Ag2Mo2O7 и Ag6Mo10O33. Первый имел отличные свойства с εr=13,3, Q·f=25 300 ГГц и f=-142 ppm/℃ при спекании при 460 ℃, а второй с εr=14, Q·f=8 500 ГГц и f=- 50 ppm/℃ при спекании при 500 ℃. Недавно Лю и соавт. [28] сообщили, что керамика Ln2Zr3(MoO4)9 (Ln=Sm, Nd) показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства при спекании образцов при 875 ℃ и 850 ℃ соответственно. Впоследствии Лю и соавт. [29] сообщили, что керамика La2Zr3(MoO4)9, спеченная при 775 ℃ в течение 4 часов, обладала превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr=10,8, Q·f=50,628 ГГц и f=-38,8 ppm/℃. На этой основе в данной работе был исследован новый тип керамики Eu2Zr3(MoO4)9 на основе молибдена, а корреляции между микроволновыми диэлектрическими свойствами и внутренними факторами были изучены с помощью расчета теории химической связи и спектров дальнего инфракрасного диапазона. ……………… Выводы Керамика Eu2Zr3(MoO4)9 синтезирована традиционным твердотельным методом. Рентгенограмма и уточнение Ритвельда ACCEPTED MANUSCRIPT 9 показали, что Eu2Zr3(MoO4)9 имеет однофазную структуру, принадлежащую тригональной системе с пространственной группой R-3c. СЭМ показала, что керамика, спеченная при 600 ℃, имеет плотное и однородное зерно. На основании теории химической связи значение εr зависело от ионности связи Eu-O. На значение Q·f в основном влияли энергия решетки и энергия связи Mo-O. Коэффициент теплового расширения связи Мо-О положительно влиял на значение τf. Кроме того, спектры дальнего инфракрасного диапазона показали, что основной поляризационный вклад для керамики Eu2Zr3(MoO4)9 заключается в поглощении структурных фононных колебаний в инфракрасной области, а не в рассеянии дефектных фононов. При этом образцы, спеченные при 600 ℃ в течение 4 ч, показали наилучшие диэлектрические свойства с εr=10,75, Q·f=74 900

2019

Новая термостабильная микроволновая диэлектрическая керамика на основе Mg0,5Ti0,5NbO4 была изготовлена с использованием нанопорошков (317 нм), полученных методом высокоэнергетического шарового измельчения (HEBM). Для керамики Mg0,5Ti0,5NbO4 в сочетании с минором второй фазы Mg0,167Nb0,33Ti0,5O2 обнаружена орторомбическая структура иксолита. С повышением температуры спекания количество фазы Mg0,167Nb0,33Ti0,5O2 уменьшалось, а также диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf). Керамика, спеченная при 1140 °C в течение 4 ч, показала оптимальные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне εr = 38,8, Q×f = 19 710 ГГц и τf = 1,3 ppm/°C. Введение Быстрое развитие технологий беспроводной связи стимулировало разработку СВЧ-диэлектрической керамики, которая широко используется в СВЧ-компонентах, таких как генераторы, резонаторы, дуплексеры, фильтры и т. д. [1–4]. Многие исследователи уделяют внимание разработке новой СВЧ диэлектрической керамики с умеренной диэлектрической проницаемостью (εr ~ 40), малыми диэлектрическими потерями (Q × f ~ 10 000–60 000 ГГц) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) за счет несущей частота интереса в системах связи была расширена с GSM 900 МГц до ISM-диапазонов (2,4, 5,2 и 5,8 ГГц) или даже до миллиметрового диапазона волн [5,6]. Еще в 1994 г. H. Kagata et al. сообщается, что керамика Ca(A1/2Nb1/2)O3 (A = Fe, Zn) со средней диэлектрической проницаемостью показала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 40 и 35, Q×f = 20 000 и 16 000 ГГц и τf = -76 и -43 ppm/°C соответственно [7]. Эти СВЧ-диэлектрические керамики с εr ~ 40 имеют один общий недостаток: τf относительно велико. В последние годы основное внимание уделяется микроволновой диэлектрической керамике A0,5Ti0,5NbO4 (A = Ni, Zn, Co и Cu) [8–12] с εr ~ 40 из-за ее гибкости в отношении замещения различных катионов A-позиций. Ляо и др. впервые исследовал микроволновые диэлектрические свойства тетрагональной рутиловой структуры Ni0,5Ti0,5NbO4 (εr = 56,8, Q×f = 21 100 ГГц и τf = +79,1 ppm/°C) [8]. С.Ф. Ценг сообщил, что тетрагональная рутиловая структура A0,5Ti0,5NbO4 (A = Co и Cu) демонстрирует превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 64 и 71,2, Q×f = 65 300 и 11 000 ГГц и τf = +223,2 и + 49,2 ppm/°. C соответственно [9,10]. Керамика Zn0,5Ti0,5NbO4 с орторомбической структурой иксолита показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 37,4, Q×f = 194 000 ГГц и τf = −58 ppm/°C [9]. Эти керамики имеют противоположные τf из-за разной структуры. А значения Q×f керамики Zn0,5Ti0,5NbO4 на порядок выше, чем у других с εr ~ 40. Ионный радиус Mg2+ (0,72 Å) аналогичен ионному радиусу Ni2+ (0,69 Å) и Zn2+ (0,74 Å). ) [13]. Целесообразно синтезировать новые соединения Mg0,5Ti0,5NbO4 и исследовать их диэлектрические свойства. В этой статье была изготовлена новая керамика на основе Mg0,5Ti0,5NbO4 и исследованы поведение материала при спекании, кристаллическая фаза, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. ……………… Выводы Порошки на основе Mg0,5Ti0,5NbO4 со средним размером зерна 317 нм были получены методом высокоэнергетического шарового измельчения. Керамика имеет орторомбическую структуру иксолита с примесью второй фазы Mg0,167Nb0,33Ti0,5O2. При повышении температуры спекания с 1100 до 1180 °С количество второй фазы уменьшалось, а εr и τf смещались с 39,9 и 24,5 м.д./°С до 33,1 и -57,1 м.д./°С соответственно. При спекании при 1140 °C новая диэлектрическая керамика с плотной микроструктурой показала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 38,8, Q×f = 19 710 ГГц и τf = 1,3 ppm/°C. Новый материал является привлекательным кандидатом на применение в качестве термостабильных микроволновых диэлектриков.

2019

В век информации микроволновая связь, благодаря своей высокой частоте и стабильной передаче, уже широко применялась в нашей жизни. Однако с быстрым развитием индустрии электронной информации устройства для высокочастотных и высокоскоростных приложений требуют дальнейшего повышения надежности и отличных диэлектрических свойств. Поэтому для реального применения новых материалов для микроволновой связи требуются низкие диэлектрические потери, низкий коэффициент теплового расширения (КТР) и обрабатываемость. Диэлектрическая керамика, такая как CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2 (CLST), отвечает этим требованиям благодаря низким диэлектрическим потерям и низкому КТР. Однако их хрупкость делает их непригодными для механической обработки, что ограничивает применение в реальной СВЧ-связи [1]. Как известно, полимеры обладают отличной обрабатываемостью благодаря своим природным свойствам. Сочетая в себе преимущества керамики и полимеров, в последние годы быстро развиваются композиты керамики и полимера [2-4]. Среди этих полимеров политетрафторэтилен (ПТФЭ) вызвал озабоченность промышленности и научных кругов из-за его превосходных диэлектрических свойств, таких как низкая диэлектрическая проницаемость и чрезвычайно низкий тангенс угла потерь [1, 5-7]. Однако применение ПТФЭ сдерживалось его высоким КТР (~400 ppm/oC) из-за его фазового превращения при комнатной температуре [8]. Для повышения механической стабильности в качестве армирующей фазы использовали стекловолокно (СФ) благодаря низкому КТР (~0,5 ppm/oC), высокому модулю, высокой ударной вязкости и легкому весу в композите на основе ПТФЭ [9]. Исследовано также влияние СВЧ-диэлектрических композитов, наполненных стекловолокном. З. Ли и соавт. [10] сообщили о влиянии поверхностно-модифицированного GF на свойства микроволновых композитов PTFE/стекловолокно. ПТФЭ с композитом GF с модифицированной поверхностью показывает улучшенную плотность (2,174 г/см3), диэлектрическую проницаемость (2,18) и снижение диэлектрических потерь (0,0009), влагопоглощение (0,008%) и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (-18,6 ppm/oC). . Ф. Луо и соавт. [11] сообщили о серии материалов для микроволнового излучения из ПТФЭ, наполненного NST/GF, которые демонстрируют хорошие диэлектрические свойства диэлектрической проницаемости (εr = 4,95), низкие диэлектрические потери (tanδ = 0,00147), приемлемое водопоглощение (0,036) и температурный коэффициент диэлектрическая проницаемость (τε = −164 ppm/oC). В вышеупомянутой работе исследователи в основном сосредоточились на свойстве GF-редуцированного CTE. К сожалению, эти улучшения механической стабильности обычно сопровождаются ухудшением диэлектрических свойств. Диэлектрические потери могут значительно увеличиться из-за неоднородной структуры композитов, армированных стекловолокном. Неоднородная дисперсия GF вызвана плохой совместимостью интерфейса, которая возникает из-за гидрофильности поверхности GF и гидрофобности поверхности полимера. Поэтому предпочтительнее модифицировать GF связующим агентом для улучшения совместимости интерфейса и дисперсии GF' в композитах [12, 13]. В нашей предыдущей работе в композите CLST/ПТФЭ были достигнуты примечательные диэлектрические свойства высокой диэлектрической проницаемости и низких диэлектрических потерь на высокой частоте [14]. В этой статье для дальнейшего улучшения размерной стабильности в композиты были введены GF. А титанатный связующий агент LD125 был использован для модификации поверхности GF и улучшения их дисперсии. Композиты CLST/PTFE/GF были успешно приготовлены, и было исследовано влияние модифицированного GF на КТР и диэлектрические свойства. Был получен композит CLST/PTFE/GF с низкими диэлектрическими потерями, низким КТР и обрабатываемостью, который является многообещающим материалом для микроволновой связи. Керамический порошок CLST был синтезирован простым твердофазным методом [14]. Порошок ПТФЭ был приобретен в научно-исследовательском институте химической промышленности Ченгуанг (Китай). GF был предоставлен Нанкинским научно-исследовательским проектно-конструкторским институтом стекловолокна Китая. GF был приготовлен методом центробежного центрифугирования и обработан H2SO4 перед модификацией. Титанатный аппрет LD125 был поставлен компанией Lida полимера Co., Ltd. Перед изготовлением композитов CLST/PTFE, армированных GF, CLST-керамика и GF были модифицированы титанатным аппретом LD125. GF: 1,5 мас.% LD125 растворяли в растворе этанола; после перемешивания 15 мин добавляли промытый H2SO4 ГФ и перемешивали магнитной мешалкой 1 ч; наконец, полученную смесь сушили при 80 oC и измельчали. CLST: 1 мас.% LD125 растворяли в растворе этанола с уксусной кислотой; затем, после перемешивания через 15 мин, добавляли порошки CLST и перемешивали магнитной мешалкой в течение 1 ч; наконец, смесь сушили при 80°С в течение ночи и при 150°С в течение 2 часов. Различное количество (0 % масс., 1 % масс., 3 % масс., 5 % масс., 7 % и 10 %) порошка модифицированного GF и 40VF% CLST/PTFE смешивали с помощью измельчающего смесителя соответственно. Затем смеси прессовали статическим прессом и горячим прессом при 405 oC в течение 2 часов соответственно. Образцы названы CLST/PTFE/x%GF (x = 1-10). Морфология стеклянных волокон и образцов CLST/PTFE/x%GF охарактеризована с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) (JEOL, JSM-5610LV, Япония). Фазу образцов определяют с помощью порошковой рентгеновской дифракции (XRD) (Philips, X’Pert Pro MPD, Нидерланды). Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери образцов CLST/PTFE/GF измеряются анализатором цепей Agilent HP8722ET с использованием метода полоскового резонанса. Эти диэлектрические свойства проверяются на резонансной частоте ~10 ГГц, средней точке X-диапазона (от 8 до 12 ГГц). КТР тестировали по стандарту IPC-TM-650. Перед испытанием образцы погружали в изопропиловый спирт и перемешивали 20 с, затем сушили при 110°С в течение 1 ч и охлаждали до комнатной температуры. На рис. 1 показаны СЭМ-изображения GF до и после модификации. Перед модификацией присутствуют длинные волокна и много сферического стеклошлака. Выявлено, что модифицированные СТ гладкие, стеклошлак отсутствует. Диаметр ЗФ ~ 1-5 мкм. Прогресс показан на схеме 1. В LD125 он заключает связь P=O, что свидетельствует о том, что ПТФЭ образует хелатную структуру с фосфатными группами. Следовательно, композит может образовывать стабильную структуру. После модификации LD125 будет получена группа –CH2OH, которая. При обработке H2SO4 группа –OH прививается на поверхность GF, а затем группы реагируют с LD125 с прививкой группы CH2OH на поверхности, которая может прочно связываться с ПТФЭ. На рис. 2 представлены СЭМ-изображения поперечного сечения композитов CLST/ПТФЭ с наполнителем или без него. Отмечено, что CLST и ПТФЭ хорошо уплотняются. После заполнения стекловолокном тройные материалы все еще хорошо уплотняются, и стекловолокно равномерно распределяется в композитах. Количество заполнения CLST/PTFE/1%GF слишком мало, чтобы его можно было увидеть на рис. 2а. Мы можем четко наблюдать GF в образцах CLST/PTFE/3%GF, CLST/PTFE/5%GF и CLST/PTFE/7%GF, как показано на рис. 2в, г и д. В образцах CLST/PTFE/GF есть несколько круглых отверстий, которые были образованы снятием GF, что указывает на то, что GF очень хорошо соединяется с композитом CLST/PTFE. Это позволит преодолеть увеличение диэлектрических потерь из-за введения GF. На рис. 3 представлены дифрактограммы композитов CLST/ПТФЭ, наполненных различным содержанием GF. Рентгенограммы показывают те же самые пики и без нового пика в образцах CLST/PTFE/GF. Поскольку ФГ аморфен и его содержание составляет менее 7%, наличие ФГ в композитах не выявляется методом РФА. На рис. 4а показаны микроволновые диэлектрические свойства композитов CLST/PTFE, наполненных 1-10 мас.% GF. Он иллюстрирует диэлектрическую проницаемость и диэлектрические потери композитов без функции заполнения GF. Однако все образцы CLST/PTFE/x%GF (x = 0-10) имеют низкие диэлектрические потери, которые ниже 0,005. В начале его диэлектрические потери несколько уменьшаются с 0,0027 до 0,0026. Затем немного увеличиваются диэлектрические потери, даже при заполнении 7% GF, диэлектрические потери которого составляют всего около 0,0031. Все образцы демонстрируют низкие диэлектрические потери, поскольку композит CLST/PTFE и стекловолокно являются превосходными материалами с низкими диэлектрическими потерями. Таким образом, композиты CLST/PTFE/GF сохраняют свои свойства с низкими диэлектрическими потерями. Диэлектрические потери резко возрастают для образца CLST/PTFE, заполненного 10% GF. Поскольку расположение GF в композите делает материал более трехфазным интерфейсом керамики, PTFE и стекловолокна, что неизбежно имеет некоторые дефекты. Однако с неорганическим наполнителем, модифицированным связующим агентом, можно улучшить однородность смешивания между матрицами. Из-за диаметра, длины и высокого содержания GF (> 10%) трудно хорошо соединиться с гранулированным ПТФЭ. Большое количество дефектов увеличивает диэлектрические потери, что приводит к плохим диэлектрическим свойствам композитных материалов. По сравнению с диэлектрическими потерями изменение диэлектрической проницаемости имеет противоположную тенденцию. Ненаполненный образец имеет диэлектрическую проницаемость 8,38. Затем диэлектрическая проницаемость снижается с увеличением нагрузки ГП. почти показывает линейную зависимость между диэлектрической проницаемостью и константой GF. Эта тенденция обусловлена малой диэлектрической проницаемостью ГФ (~3,9), что снижает диэлектрическую проницаемость композита. CLST/PTFE/7%GF и CLST/PTFE/10%GF демонстрируют диэлектрическую проницаемость 7,62 и 7,1 соответственно. Следовательно, для достижения широкого применения в микроволновой связи диэлектрическую проницаемость можно регулировать, заполняя различное содержание GF в композитах CLST/PTFE. Образцы CLST/PTFE/GF исключают превосходные свойства диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости. Чтобы понять их свойства КТР, включая направление X&Y и направление Z, был выполнен стандартный IPC-TM-650. Результаты представлены на рис. 4б. Как X&Y-CTE, так и Z-CTE уменьшаются с увеличением содержания GF. Ненаполненный образец CLST/ПТФЭ имеет такие же X&Y-КТР и Z-КТР 43 ppm/oC, указывая на то, что сферические гранулированные керамические частицы изотропно распределены в композите, что приводит к изотропной стойкости. С введением GF X&Y-CTE и Z-CTE демонстрируют разную тенденцию изменения, что указывает на различную ориентацию GF. Z-CTE значительно снижается в начале, что составляет около 37 ppm/oC для образца CLST/PTFE/1%GF. Затем Z-CTE немного снижается до 30 ppm/oC в CLST/PTFE/5%GF. Наконец, даже когда загрузка GF увеличивается до 7%, Z-CTE остается на уровне около 29 ppm/oC без видимых изменений. При загрузке GF менее 3% X&Y-CTE снижается с 43 ppm/oC до 25 ppm/oC. Тогда X&Y-CTE CLST/PTFE/4%GF и CLST/PTFE/5%GF составляет 24 и 20 ppm/oC. Наконец, X&Y-CTE слегка изменяется до 19 ppm/oC, когда загрузка GF увеличивается до 7%. Как X&Y-CTE, так и Z-CTE относительно значительно изменяются до загрузки GF менее 5%; затем они медленно опускаются. В целом КТР значительно снижается после введения ГФ. Судя по диэлектрическим потерям, диэлектрической проницаемости и КТР, все образцы с загрузкой GF менее 7% могут работать хорошо. Тем не менее, композит с содержанием GF 5% обеспечивает наилучшие комбинированные свойства во всех образцах. Для композита CLST/PTFE тепловое расширение не совпадает во время процессов нагрева или охлаждения из-за разного коэффициента теплового расширения PTFE и CLST. В процессе нагрева ПТФЭ испытывает возрастающее сжимающее напряжение, в то время как CLST проявляет экстенсивное напряжение. Его можно преодолеть, введя третью фазу, такую как GF. В композитах CLST/ПТФЭ/GF цепи ПТФЭ и GF переплетаются друг с другом, как показано на рис. 3, обеспечивая сильную адгезию между собой. Тепловые движения молекул ПТФЭ, необходимые для преодоления таких сопротивлений, как сила сцепления между структурными сегментами на соседних цепях, а также трение сцепления с ГФ, тормозимое термостабильностью ГФ. Интерфейс, несущий передающие напряжения, уменьшает тепловое расширение ПТФЭ при нагревании композита. GF испытывает большую нагрузку, что ограничивает КТР PTFE. Поэтому КТР композитов CLST/ПТФЭ/GF снижается по сравнению с образцом без GF. Кроме того, низкий Z-CTE композитов важен для стабильности размеров и механической совместимости при смешивании с другими материалами, что расширит их применение. Композиты CLST/PTFE/GF демонстрируют отличные диэлектрические свойства и низкий КТР, что очень важно в области микроволновой связи. В данной работе GF с модификацией поверхности LD125 был введен в диэлектрические композиты CLST/PTFE. Исследовано влияние содержания GF на диэлектрические свойства и КТР композитов. Очевидно, что диэлектрическая проницаемость уменьшается, диэлектрические потери увеличиваются, а КТР уменьшается как в направлении X&Y, так и в направлении Z с увеличением содержания GF. При содержании GF менее 7 % его диэлектрические потери плавно возрастают. КТР значительно снижается при содержании GF ниже 5%. Таким образом, CLST/PTFE/5%GF демонстрирует наилучшие комплексные характеристики. Этот материал имеет низкую диэлектрическую проницаемость 0,0029 и низкий КТР как в направлении X&Y (20 ppm/oC), так и в направлении Z (30 ppm/oC). Подходящий GF, введенный в композит CLST/PTFE, может значительно улучшить свойства при применении микроволновой связи. Таким образом, CLST/PTFE/G

2019

Керамика MoO3 не может быть хорошо уплотнена с помощью обычного твердотельного метода, и была получена низкая относительная плотность (ρ) (~64,5% при 680 °C) с диэлектрической проницаемостью (εr) ~ 7,58, добротностью (Qf) ~ 35 000 ГГц и температурный коэффициент резонансной частоты (ТКЧ) ˜ − 39 ppm/°C. Однако холодное спекание при 150 °С с использованием 4 мас. % H2O при 150 МПа увеличивает уплотнение и дает относительное значение ρ ˜76,8% и εr ˜8,31, но с Qf всего ˜900 ГГц. Добавление (NH4)6Mo7O24·4H2O дополнительно улучшило уплотнение, дав относительное значение ρ ~ 83,7% после отжига при 700 °C, в результате чего εr ~ 9,91 с Qf ~ 11 800 ГГц. Таким образом, мы пришли к выводу, что оксиды, которые трудно спекать обычным способом в твердом состоянии, могут выиграть от холодного спекания, но, несмотря на более высокую плотность, нельзя избежать более низкого Qf из-за вводимых примесей и зернограничных фаз. Введение Технология низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) стала важным методом изготовления современных электронных устройств из-за низкой стоимости производства и потенциала интеграции нескольких микроволновых (СВЧ) схем. [1–4] LTCC должны иметь более низкие температуры спекания, чем у внутренних металлических электродов (обычно Ag, 961 °C) [5, 6], но классическая диэлектрическая керамика MW обычно уплотняется при > 1000 °C. [1–7]. Снижение температуры спекания МВ-керамики за счет добавления легкоплавких стекол и оксидов использовалось для изготовления многих коммерческих LTCC [1–7]. В последние годы ускорились поиски низкотемпературного спекания LTCC, и так называемое семейство ультра-LTCC (ULTCC) соединений может хорошо спекаться уже при температуре 400 °C [8–11]. Большинство MW диэлектрической керамики представляют собой оксиды, и их температуры спекания в простом приближении определяются их температурами плавления. Следовательно, системы, богатые оксидами с низкой температурой плавления, такими как TeO2 (733 °C), MoO3 (795 °C), Bi2O3 (817 °C), B2O3 (450 °C), P2O5 (340 °C) и V2O5 (690 °C). °С), исследовались в последнее десятилетие [7–14]. Несмотря на то, что на сегодняшний день известно более 50 типов молибдатов ULTCC [8,10,12,14], понимание некоторых простых бинарных композиций, таких как MoO3, весьма ограничено. Порошки MoO3 обычно получают обжигом дисульфида молибдена в промышленности и приобретают желтый цвет с моноклинной кристаллической структурой (пространственная группа Pbnm, a = 3,962 Å, b = 13,855 Å и c = 3,696 Å). [15,16] Его теоретическая плотность ρ составляет 4,692 г/см [3] с температурой плавления 795 °C, и многие соединения с высоким содержанием MoO3 имеют соизмеримо низкие температуры плавления и температуры спекания. Однако в отсутствие сплава с другими бинарными соединениями MoO3 может быть хорошо уплотнен [10,14]. Даже фазы, богатые MoO3, на хорошо известных фазовых диаграммах, таких как бинарная система Bi2O3-MoO3, с трудом достигают высокой плотности,[10] т.е. Bi2Mo3O12, который, несмотря на его превосходные свойства MW (εr ˜ 19, Qf ˜ 21 800 ГГц и TCF ˜ − 215 ppm/°C), никогда не был синтезирован с относительным ρ > 90%. Однако Varghese et al. [13] сообщили, что MoO3, спеченный при 650 °C, имеет εr ~ 6,6 и Qf ~ 41 000 ГГц при 11,3 ГГц, и заявили, что высокое относительное значение ρ (~ 88%) было достигнуто с помощью традиционного спекания. Большая часть керамики обрабатывается традиционным твердотельным методом с использованием сухих порошков при высокой температуре. Однако плохая способность к спеканию MoO3 и его частичная растворимость в воде позволяют предположить, что метод растворения, т. е. холодное спекание [17, 18], может быть полезен для достижения высокого ρ. Холодное спекание можно объяснить кристаллизацией или конденсацией пересыщенных растворов на границах зерен при комнатной температуре, что используется в производстве соли уже более тысячи лет. Первой успешной микроволновой диэлектрической керамикой, уплотненной с помощью холодного спекания, была Li2MoO4 [19,20]. Свойства Li2MoO4, традиционно спеченного при 540 °C, были впервые описаны в нашей предыдущей работе [14] с εr ˜5,5, Qf ˜46000 ГГц и TCF ˜-160 ppm/°C. В 2014 году Янтунен и соавт. [19] продемонстрировали, что плотная керамика Li2MoO4 может быть получена при 80 °C при добавлении воды. Они также признали, что этот подход позволяет формировать композитную керамику с высоким содержанием Li2MoO4, такую как Li2MoO4-TiO2, Li2MoO4-BaTiO3 и т. д. [19–21]. В 2016 г. Рэндалл и его сотрудники расширили этот природный механизм на другие частично водорастворимые системы на основе MoO3 и V2O5 [17,18]. Растворимость в воде определяет, подходит ли материал для холодного спекания. Вообще говоря, процесс холодного спекания (CSP) представляет собой протокол для получения плотных керамических твердых частиц путем интеграции частиц, контроля поверхности раздела частиц и жидкости и внешнего давления при очень низких температурах. CSP использует переходную водную среду для достижения уплотнения посредством опосредованного процесса растворения-осаждения. Хотя MoO3 лишь слабо растворим в воде, молибдат аммония хорошо растворим и разлагается на MoO3 и NH3 (g) при температуре выше 370 °C [22,23]. Следовательно, он может быть идеальным ускорителем для холодного спекания керамики MoO3. В настоящей работе проводится сравнение между керамикой MoO3, полученной традиционным твердотельным методом, и холодным спеканием с добавками вода/(NH4)6Mo7O24·4H2O. Представлены и подробно обсуждены их фазовая эволюция, микроструктура и диэлектрические свойства МВ. ……………… Выводы MoO3 не может быть хорошо уплотнен обычным спеканием с относительным ρ ~ 64,5%, полученным при 680 °C, что дает εr ~ 7,58, Qf ~ 35 000 ГГц и TCF ~ - 39 частей на миллион/°C. Метод холодного спекания с водной поддержкой увеличил относительную плотность керамики MoO3 до ~78%, которая была дополнительно улучшена до ~83% за счет добавления (NH4)Mo7O24•4H2O. Однако для удаления вторичных фаз и/или увеличения Qf по-прежнему требовался более высокотемпературный отжиг. Рассчитанное εr MoO3 с использованием аддитивного правила Шеннона составляет ˜ 10,96, что на 10 % больше, чем у образцов с оптимальным холодным спеканием. Хотя относительное ρ MoO3 не достигло > 95 %, методика введения стадии холодного спекания для трудно спекаемых материалов адекватно продемонстрирована.

2019

Керамика Ba2ZnSi2O7 была приготовлена традиционным твердотельным методом и спеканием в четырех различных атмосферах (воздух, O2, N2 и N2–1 об.% H2). Керамика Ba2ZnSi2O7 имеет одну фазу на воздухе, O2 и N2, тогда как две фазы (включая примесь BaSiO3) наблюдаются в атмосфере N2–1 об.% H2 за счет испарения Zn2+. Диэлектрические потери были пропорциональны парциальному давлению кислорода из-за механизма проводимости доминирующих дырок. Керамика Ba2ZnSi2O7 продемонстрировала хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне (εr = 8,3, Q×f = 27200 ГГц, τf = –41,5 ppm/°C) в атмосфере N2–1 об.% H2, что делает ее новым кандидатом с хорошими антивосстановительными характеристиками. для электродов из недрагоценных металлов и многослойных керамических конденсаторов. Введение. Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется в качестве диэлектрических резонаторов (ДР), антенн, фильтров, многослойных керамических конденсаторов (MLCC), устройств с низкотемпературной керамикой совместного нагрева (LTCC) из-за превосходных характеристик высокой частоты, высокой скорости. пропускание и широкая полоса пропускания [1,2,3]. MLCC являются важными электронными компонентами для миниатюризации систем связи. Уровни MLCC должны увеличиваться, чтобы соответствовать техническим параметрам высокой частоты, емкости и точности. С быстрым темпом развития 5G производительность керамики и устройств с микроволновым или миллиметровым диапазоном волн привлекает все большее внимание исследователей [4,5,6,7]. В качестве диэлектрических слоев обычно используют СВЧ диэлектрическую керамику с низкой диэлектрической проницаемостью (εr<15) [8]. Однако увеличение количества слоев может способствовать увеличению количества внутренних электродов, что наносит ущерб промышленному производству. Одним из основных методов, используемых для снижения стоимости, является замена драгоценных металлов (Pt и Ag) дешевыми электродами из неблагородных металлов (BME, Cu и Ni) [9]. Однако эта мера сталкивается с трудностями для основной керамики, включая следующее: (1) температура спекания должна быть ниже температуры плавления BME (Ni: 1453 °C), (2) основные металлы чувствительны к окислению и (3) сообжиговая керамика должна спекаться в восстановительной атмосфере [10]. Керамика перовскита (Ba, Ca)(Zr, Ti)O3 была широко исследована в качестве ключевых материалов для BME-MLCC из-за их высокой диэлектрической проницаемости и низких потерь [9,11]. Однако керамика на основе BaTiO3 содержит различные добавки для повышения их антивосстановительных характеристик [12,13] и обладает низким коэффициентом качества (Q×f) в диапазоне СВЧ; эти качества непригодны для высокочастотных и высокоточных BME-MLCC [14]. Сложная керамика типа перовскита Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 и Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 обладает интересными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 33–39, Q×f = 63700–76700 ГГц, τf = +30 до +33 ppm/°C), которые широко используются для изготовления BME–MLCC [15]. Однако при одинаковой емкости для керамики с высокой диэлектрической проницаемостью требуется меньше слоев, чем для керамики с низкой диэлектрической проницаемостью. Уменьшение количества слоев может увеличить количество ошибок в каждом слое, что может снизить точность. Между тем, низкая диэлектрическая проницаемость может уменьшить отражение на границе раздела воздуха и диэлектриков, свести к минимуму перекрестную связь и сократить время прохождения электронного сигнала [16]. Учитывая, что антивосстановительные характеристики в микроволновой диэлектрической керамике с низкой диэлектрической проницаемостью подробно не изучались, необходимо разработать новые материалы для высокочастотных и высокоточных BME-MLCC. Керамика из силиката бария-цинка с низкой диэлектрической проницаемостью (εr<15) обладает многими интересными и привлекательными свойствами, такими как сосуществование слабого сегнетоэлектричества и низкодиэлектрических микроволновых диэлектрических свойств в керамике Ba2Zn(1+x)Si2O(7+x) [17, 18]. Относительную диэлектрическую проницаемость и устойчивость к температуре можно улучшить, контролируя количество ионов Zn2+ и соотношение Ba/Si для керамической системы из силиката бария и цинка [18, 19]. К сожалению, антивосстановительные характеристики керамики из силиката бария и цинка, спеченной в восстановительной атмосфере, не исследовались. Кроме того, внутренний механизм диэлектрических потерь и электрохимические свойства остаются неизвестными для керамики из силиката бария-цинка. Поэтому мы исследовали фазовый состав, электрохимические характеристики, микроволновые диэлектрические свойства и антивосстановительные характеристики керамики Ba2ZnSi2O7. …………………… Выводы СВЧ-диэлектрическая керамика Ba2ZnSi2O7 с низкой диэлектрической проницаемостью была приготовлена традиционным твердотельным методом. Керамика Ba2ZnSi2O7 имеет стабильную фазовую структуру в атмосфере воздуха, O2 и N2. Однако испарение Zn2+ в атмосфере N2–1 об.% H2 может заметно увеличить количество ионных вакансий и ухудшить стабильность фазовой структуры, что приведет к сосуществованию BaSiO3 и Ba2ZnSi2O7 в двух фазах. Улетучивание Zn2+ способствует возникновению дефектов типа Шоттки, сопровождающихся образованием кислородных вакансий. Керамика Ba2ZnSi2O7 имела высокотемпературную проводимость p-типа, так как Zn2+ не мог быть компенсирован при охлаждении. Дырки появлялись в результате заполнения кислородом кислородных вакансий при высоком парциальном давлении кислорода. Исходя из характеристики проводимости p-типа керамики Ba2ZnSi2O7, диэлектрические потери были прямо пропорциональны парциальному давлению кислорода. С учетом преобладания дырочной проводимости керамика Ba2ZnSi2O7 показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства (εr = 8,3, Q×f = 27200 ГГц, τf = –41,5 ppm/°C) в атмосфере N2–1 об.% H2. Таким образом, керамика Ba2ZnSi2O7 обладала хорошими антивосстановительными характеристиками для высокочастотных и прецизионных БМЭ-MLCC.

2020

Керамика LiGa5O8 с обратной структурой шпинели была приготовлена в интервале температур 1200–1300 ℃ методом твердофазной реакции. Керамика LiGa5O8 кристаллизовалась в кубической структуре с пространственной группой P4332, в которой Li+ и Ga3+ распределены в октаэдрических позициях B с упорядочением 1:3. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 10,51, Q×f = 127 040 ГГц и τf = –60,16 ppm/℃ были достигнуты при 1260 ℃ в течение 6 часов. Обсуждались микроволновые диэлектрические свойства в сочетании с внутренними характеристиками кристаллической структуры по доле упаковки, спектрам комбинационного рассеяния и инфракрасному спектру отражения. Кроме того, CaTiO3 использовался для подавления τf керамики LiGa5O8 почти до нуля, а оптимизированные характеристики εr = 12,79, Q×f = 109 752 ГГц и τf = +4,07 ppm/℃ были получены для керамики 0,94LiGa5O8-0,06CaTiO3 при 1260 ℃. Эти яркие пятна делают керамику LiGa5O8 потенциальным кандидатом для технологий 5G и миллиметровых волн. Введение В последнее время микроволновая диэлектрическая керамика (MWDC) широко используется в Интернете вещей, мобильной связи, GPS и сверхвысокоскоростных локальных сетях благодаря легкому весу, компактным размерам и выдающимся диэлектрическим характеристикам [1–3]. С развитием технологии связи 5G в миллиметровом диапазоне волн, рабочей частоте 24–30 ГГц или 60–70 ГГц значительно сократилось время задержки передачи сигнала (менее 1 мс) [4,5]. Следовательно, это стимулирует развитие СВЧ-диэлектрической керамики в сторону низкой диэлектрической проницаемости (εr), высокой добротности (Q×f) и близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты (τf) [6–8]. Керамика со структурой шпинели с формулой AB2O4 получила широкое внимание благодаря своим выдающимся физико-химическим свойствам. Вообще говоря, материалы со структурой шпинели можно разделить на нормальную шпинель, частичную шпинель и инверсную шпинель в соответствии с распределением катионов [9]. Многие исследования пришли к выводу, что распределение упорядочения катионов играет важную роль в увеличении значения Q×f диэлектрической керамики СВЧ, такой как Ba(Zn1/3Ta2/3)O3, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 и Ba4LiNb3O12 [10–13]. Недавно было сообщено о большом количестве литийсодержащих соединений со структурой шпинели с различным упорядочением катионов в октаэдрической позиции (B-позиция), которые обладают выдающимися микроволновыми диэлектрическими характеристиками. Во-первых, Себастьян и др. сообщили о шпинельной керамике Li2ATi3O8 (A = Zn, Mg и Co) [14–16] и Li2AGe3O8 (M = Zn, Co и Ni) [17,18] с упорядоченным положением B 1:3. Например, керамика Li2AM3O8 (A = Mg, Zn, Co, Ni; M = Ti, Ge) показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства с εr = 8 ∼ 29, Q×f = 40 500 ∼ 72 000 ГГц и τf = –78 ∼ + 3,2 ч/млн/℃. Кроме того, керамика LiZnNbO4, спеченная при 950 ℃ с упорядоченным размещением Li+ и Nb5+ 1:1 в B-позиции, имела микроволновые диэлектрические характеристики εr = 14,6, Q×f = 47 200 ГГц и τf = -64,5 ppm/℃ [19]. Недавно керамика LiAl5O8, о которой сообщают Lan et al. также показал упорядоченное распределение катионов 1: 3 в позиции B с микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 8,43, Q × f = 49 300 ГГц и τf = –38 ppm / ℃ при 1600 ℃ [20]. Учитывая схожую кристаллическую структуру и более низкую температуру синтеза по сравнению с LiAl5O8, наше внимание привлек LiGa5O8. LiGa5O8 имеет структуру обратной шпинели и претерпевает переход первого рода, обусловленный упорядочением 1:3 Li+ и Ga3+ в октаэдрической позиции при 1140 ℃ с понижением температуры [21]. Упорядоченный LiGa5O8 можно записать как (Ga2) A(LiGa3) B O8, в котором Li+ и частичный Ga3+ занимают октаэдрическую позицию (позиция B) в дальнем порядке 1:3, а остальные ионы Ga3+ координированы тетраэдрически. (сайт) [22]. Сообщалось о колебательных спектрах и фотолюминесценции LiGa5O8 [23,24]. Кроме того, различными способами были успешно получены LiGa5O8: (Ni2+, Mn, Co и Cr3+) [25–28] и изучены их оптические свойства. В этой работе мы подготовили керамику LiGa5O8 с помощью традиционного метода твердофазной реакции и сосредоточились на характеристиках спекания, кристаллической структуре, спектре инфракрасной отражательной способности и взаимосвязи между спектрами комбинационного рассеяния и их микроволновыми диэлектрическими свойствами. Выводы. В настоящей работе керамика LiGa5O8 с инверсной структурой шпинели была синтезирована при 1200–1300 ℃. Уточнение Ритвельда и SAED подтвердили фазовую чистоту и упорядоченную структуру LiGa5O8 с пространственной группой P4332. При оптимальной температуре спекания 1260 ℃ была получена плотная керамика с однородной микроструктурой, с оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 10,51, Q×f = 127 040 ГГц и τf = -60,16 ppm/℃. Была подробно объяснена взаимосвязь между микроволновыми диэлектрическими свойствами и рамановской модой при 424 см-1. Кроме того, собственная диэлектрическая проницаемость, равная 10,07, и значение Q×f, равное 152 590 ГГц, были экстраполированы на подобранные спектры отражения инфракрасного излучения. Большие отрицательные значения τf были успешно настроены на почти аэродинамические путем формирования композитной керамики 0,94LiGa5O8-0,06CaTiO3, спеченной при 1260 ℃ в течение 6 часов с εr = 12,79, Q×f = 109 752 ГГц и τf = +4,07 ppm/℃. Низкие потери, возможная подготовка и выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства позволяют предположить, что керамика LiGa5O8 является многообещающим кандидатом для приложений 5G.

2020

Полностью диэлектрические метаматериалы с низкими потерями являются быстро развивающимся направлением исследований в области метаматериалов и предлагают дополнительную свободу проектирования электромагнитных устройств. Многие типы технологий изготовления используются для изготовления полностью диэлектрических метаматериалов, чтобы реализовать определенные физические свойства. Ключом к эффективной электромагнитной манипуляции является правильный выбор технологии изготовления, которая позволяет легко соединять полностью диэлектрические метаматериалы со встроенными устройствами. Здесь представлен обзор существующих методов изготовления полностью диэлектрических метаматериалов. На основе составов материалов и требований к точности обсуждаются типичные методы изготовления микроволновых, терагерцовых и оптических полностью диэлектрических метаматериалов. Кроме того, указаны преимущества и недостатки каждого метода изготовления. Этот сравнительный анализ методов изготовления полностью диэлектрических метаматериалов будет полезен для разработки новых полностью диэлектрических метаматериалов с желаемыми физическими свойствами, тем самым расширяя область их применения. Введение Метаматериал — это тип искусственного материала, в котором электромагнитные свойства в основном определяются элементарными ячейками с размером элемента, намного меньшим, чем рабочая длина волны. [1–3] Метаматериал обладает многими новыми электромагнитными свойствами, такими как отрицательное преломление, обратный эффект Доплера и обратное черенковское излучение, и имеет много важных потенциальных применений. [4–7] Pendry et al. реализовали отрицательную проницаемость с помощью резонаторов с разъемным кольцом; [8] сегодня большинство современных метаматериалов конструируются с использованием периодических искусственных металлических структур. [9–11] Хотя метаматериалы обладают экзотическими физическими свойствами и имеют широкий спектр потенциальных применений, металлические метаматериалы имеют много нерешенных проблем и / или узких мест, таких как серьезные омические потери и узкая полоса пропускания. контроль, [14,15] поглотители, [16] спектроскопия с усилением сильного поля, [17] и идеальные отражатели, [18,19] на частотах в диапазоне от низких микроволн до оптического диапазона. В основном полностью диэлектрические метаматериалы состоят из полимеров, диэлектриков, ферритов или композиционных материалов. [20–22] Необычные электромагнитные свойства полностью диэлектрических метаматериалов не только проистекают из их искусственной структуры, но также происходят непосредственно из материалов, раскрывая подход к разработке метаматериалов с большей свободой. С момента первоначального предложения полностью диэлектрических метаматериалов были изучены и описаны различные механизмы реализации [24–26]. Наиболее классический механизм основан на так называемой теории резонанса Ми и широко изучался [27–29]. ] В этой стратегии диэлектрические частицы с относительно высокой диэлектрической проницаемостью используются для создания сильного магнитного или электрического резонанса посредством взаимодействия электромагнитных волн. Следовательно, отрицательная проницаемость или диэлектрическая проницаемость может быть вызвана колебанием результирующего магнитного или электрического диполя. Этот механизм прост и универсален и обычно используется для создания полностью диэлектрических метаматериалов с низкими потерями.[30] Теория ферромагнитного резонанса (ФМР) является еще одним классическим механизмом реализации полностью диэлектрических метаматериалов [31,32] Когда имеет место ферромагнитный резонанс феррита, появляется отрицательная магнитная проницаемость. Многие факторы могут влиять на ФМР магнитных материалов, включая магнитное поле смещения, поле магнитокристаллической анизотропии и поле размагничивания. Следовательно, могут быть получены ферритовые метаматериалы с двухдиапазонными, многозонными или настраиваемыми свойствами, что позволяет решить проблему узкой полосы. Кроме того, такие механизмы, как неопределенная среда или вибрация кристаллической решетки, также использовались для реализации полностью диэлектрических метаматериалов [33,34]. При определении механизма реализации полностью диэлектрического метаматериала необходимо учитывать один решающий фактор: выбор способ изготовления. Более того, для достижения различных характеристик многие типы материалов с определенными электромагнитными свойствами используются для изготовления полностью диэлектрических метаматериалов.[35] Следовательно, исследователи разработали различные методы изготовления полностью диэлектрических метаматериалов, полученных из различных материалов. [36–40] Кроме того, требования к изготовлению полностью диэлектрических метаматериалов, работающих в диапазоне частот от микроволнового до оптического диапазона, сильно различаются. В частности, размер элементарной ячейки метаматериала намного меньше рабочей длины волны, что делает технологию изготовления полностью диэлектрических метаматериалов ключом к их дальнейшему применению. Здесь мы представляем всесторонний обзор различных методов, используемых для производства полностью диэлектрических метаматериалов. Мы рассматриваем существующие технологии изготовления микроволновых, терагерцовых и оптических полностью диэлектрических метаматериалов, соответственно, в соответствии с различными рабочими частотами и требованиями к точности. В этой статье также освещаются некоторые преимущества и недостатки каждой технологии изготовления. Кроме того, в этот обзор включены принципиальные схемы различных методов производства полностью диэлектрических метаматериалов, а также характеристики полностью диэлектрических метаматериалов, которые могут быть получены с использованием каждого метода. ………………… Резюме и перспективы Благодаря своим особым свойствам, таким как низкие потери и хорошая совместимость с дополнительными оксидами металлов и полупроводников [151, 152], почти не было сомнений в том, что полностью диэлектрические метаматериалы будут играть жизненно важную роль в следующем поколении терагерцовых и фотонных устройств. Соответствующие методы изготовления могут расширить области применения полностью диэлектрических метаматериалов.[153] Однако до сих пор почти все полностью диэлектрические метаматериалы, о которых сообщалось, оставались на лабораторной стадии. В этом обзоре представлен всесторонний обзор доступных методов изготовления для реализации полностью диэлектрических метаматериалов. Разработанные в настоящее время технологии изготовления позволяют изготавливать различные типы полностью диэлектрических метаматериалов на основе различных материалов. Представлены преимущества и недостатки каждого метода изготовления. Что касается микроволновых полностью диэлектрических метаматериалов, соответствующие методы изготовления являются относительно зрелыми технологиями. Кроме того, 3D-печать является многообещающим методом для микроволновых полностью диэлектрических метаматериалов с лучшими характеристиками. Он экологически чистый и имеет низкую стоимость. Теоретически этим методом можно сформировать любой материал, главное, чтобы был получен соответствующий образец порошка. Для терагерцовых и оптических полностью диэлектрических метаматериалов большинство методов изготовления имеют ряд трудностей и требуют дальнейшего развития и усовершенствования. Следует отметить, что метод наноимпринта является перспективным методом для терагерцовых и оптических полностью диэлектрических метаматериалов (особенно для практических приложений) благодаря его высокой точности, низкой стоимости, хорошей повторяемости и высокой надежности. Изготовление полностью диэлектрических метаматериалов большой площади с низкой стоимостью и высокой точностью является серьезной проблемой, особенно для оптических полностью диэлектрических метаматериалов. В результате использование надлежащего метода изготовления в соответствующем диапазоне частот имеет большое значение. Кроме того, очень желателен экономичный метод, когда эти полностью диэлектрические метаматериалы применяются на практике. Кроме того, существующие методы изготовления полностью диэлектрических метаматериалов с хорошей гибкостью и биологической совместимостью являются многообещающими и нуждаются в дальнейшем развитии. Понимание этой информации упрощает разработку полностью диэлектрических метаматериалов с желаемыми свойствами.

2020

Керамику Mg1-xCoxMoO4 (х = 0,01–0,15) готовили традиционными твердотельными методами. Всесторонне изучены фазовый состав, кристаллическая структура, микроморфология и микроволновые диэлектрические свойства керамики Mg1-xCoxMoO4. Керамика Mg1-xCoxMoO4 представляет собой моноклинную структуру вольфрамита от x = 0,01 до x = 0,15 с Co, занимающим позицию Mg. При добавлении Co2+ εr керамики Mg1-xCoxMoO4 увеличивается. Q×f максимальна при содержании 5 мол.% Co2+. Керамика Mg0,95Co0,05MoO4 обладает оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами: εr = 7, Q×f = 59247 ГГц, τf = -68 ppm/°C. Значения Q×f увеличиваются на 20 % по сравнению с чистой керамикой MgMoO4 (~ 49149 ГГц). Легирование Co2+ эффективно способствует уплотнению керамики и увеличивает εr и Q×f. Однако при содержании Со выше 5 мол.% уменьшение доли упаковки и неупорядоченность распределения ионов способствуют увеличению диэлектрических потерь. Корреляции между замещением Co2+ и структурой вольфрамита обсуждались с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, ИК-Фурье-спектроскопии и уточнения Ритвельда. Введение За последние несколько лет развитие систем беспроводной связи, включая фильтры, резонаторы, антенны и мобильную связь, вызвало всплеск исследований микроволновой диэлектрической керамики с высокочастотными приложениями и низкими диэлектрическими потерями [1-6]. Интеграция и миниатюризация микроволновых устройств требуют зрелости технологии LTCC [7]. Необходимо разработать микроволновую диэлектрическую керамику с низкой температурой спекания (< 1000 °C). Керамика AMoO4 является потенциальными материалами для применения в технологии LTCC из-за их низкой температуры спекания и соответствующих свойств. Керамика AMoO4 представляет собой две разные структуры в зависимости от размера ионов A-позиции. К первому типу относятся шеелиты с ионным радиусом А-позиции более 1,0 Å, такие как Ca2+, Sr2+, Ba2+ [8-10]. Когда ионный радиус А-сайта меньше 1,0 Å, например, Co2+, Mg2+ и Zn2+, соединения имеют структуру вольфрамита [8, 11]. Керамика шеелита AMoO4 имеет низкие диэлектрические потери, но высокая температура спекания (~ 1100 °С) ограничивает ее применение в технологии LTCC [12]. Однако вольфрамитовая керамика AMoO4 с более низкой температурой спекания (< 1000 °C) демонстрирует превосходные микроволновые диэлектрические свойства [11, 13]. Например, керамика ZnMoO4 демонстрирует оптимальные микроволновые диэлектрические свойства: εr = 9,7, Q×f = 49990 ГГц и τf = -87 ppm/°C при спекании при 800 °C[13]. Керамика MgMoO4 представляет собой типичную вольфрамитовую керамику. В нашей предыдущей работе керамика MgMoO4 продемонстрировала оптимальные диэлектрические свойства для микроволнового излучения с εr = 7, Q×f = 49149 ГГц и τf = -70 ppm/°C при 950°C. С точки зрения кристаллографии ионное замещение может регулировать диэлектрические свойства микроволнового излучения путем образования твердых растворов. Однако исследования корреляций между ионным замещением в структуре вольфрамита и микроволновыми диэлектрическими свойствами проводятся редко. Для моноклинной шеелитовой керамики Wang et al. сообщили [14], что распределение (NaBi)2+ в сайтах A может вызвать структурные изменения. С помощью колебательной спектроскопии они обнаружили состояния порядок-беспорядок в позициях A кристаллов (Na0,5Bi0,5)MoO4. Искажение полиэдра AO8 и тетраэдра MoO4, которые генерируются неупорядоченным расположением ионов A-позиции, изменяет поляризуемость ионов и микроволновые диэлектрические свойства. Точно так же вольфрамитовая керамика MgMoO4 имеет моноклинную структуру. Подобно шеелиту, беспорядочное расположение ионов A-позиций и полиэдрические искажения могут быть связаны с микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики MgMoO4. На диэлектрические свойства микроволн влияет ионная поляризация, которая создается колебаниями решетки [15]. Как сообщалось в предыдущих исследованиях, колебательная спектроскопия эффективна для характеристики изменений внутренней структуры и механизма диэлектрических характеристик. Диэлектрические потери включают внутренние потери и внешние потери. Внутренние потери — это внутренние потери, включая фракцию упаковки, структурные искажения и т. д. Внешние потери возникают из-за аномальных зерен, пор, порядка-беспорядка и т. д. [16] . Спектры комбинационного рассеяния могут характеризовать преобразование структур порядок-беспорядок [17]. ИК-Фурье-спектроскопия является мощным инструментом для объяснения вклада внутренних или внешних потерь в микроволновые диэлектрические свойства путем изучения поведения полярных фононных мод [18, 19]. В данной работе в качестве экспериментального объекта была выбрана керамика MgMoO4, легированная Co. Ионный радиус Co2+ (0,65 Å, КЧ = 6) близок к Mg2+ (0,72 Å, КЧ = 6). Следовательно, теоретически может образоваться твердый раствор Mg1-xCoxMoO4. Между тем, CoMoO4 имеет структуру вольфрамита [20], поэтому ионы Co предпочитают входить в положение Mg для образования твердого раствора. XRD, Raman, FT-IR, SEM и уточнение Ритвельда использовались для систематического анализа влияния замещения Co на микроволновые диэлектрические свойства и структуру вольфрамита. … Выводы Керамика Mg1-xCoxMoO4 была успешно получена традиционным твердотельным методом. Структурный анализ показывает, что твердый раствор Mg1-xCoxMoO4 имеет моноклинную структуру вольфрамита при x от 0,01 до 0,15. Керамика, спеченная при 900-1000 °С, имела плотную микроструктуру. Наилучшая температура спекания составляет 975 °С. Созамещение способствует уплотнению керамики MgMoO4 и улучшает значения Q×f керамики MgMoO4. Добавление Co увеличивает диэлектрическую проницаемость керамики Mg1-xCoxMoO4. Диэлектрическая поляризуемость и относительная плотность являются основными факторами, определяющими значения εr керамики. Нет значительного улучшения τf при увеличении содержания Co. Для Q×f керамика Mg1-xCoxMoO4 (x = 0,01–0,15) имеет более высокие значения Q×f, чем керамика MgMoO4. Максимальные значения Q×f наблюдаются при содержании Co2+ 5 мол.%. Повышенное содержание Co вызывает уменьшение доли упаковки и увеличение собственных потерь. Керамика Mg0,95Co0,05MoO4 обладает оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами: εr = 7, Q×f = 59247 ГГц, τf = -68 ppm/°C. Спектры КР показывают, что степень неупорядоченности распределения возрастает, особенно при содержании Со выше 5 мол.%, что ухудшает их значения Q×f. Спектры FT-IR показывают, что искаженный тетраэдр MoO4 практически не вносит вклада в микроволновые диэлектрические свойства керамики. Таким образом, неупорядоченное распределение ионов в А-позициях и уменьшенная доля упаковки являются основными факторами, влияющими на микроволновые диэлектрические свойства.

2020

В настоящей работе исследованы микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства новой керамики (1–x)MgTiO3–xCa0,5Sr0,5TiO3 (x=0,035–0,045). Образцы были приготовлены методом твердофазного спекания с использованием предварительно синтезированных ультрадисперсных порошков MgTiO3 и (Ca0,5Sr0,5)TiO3 по реакции расплава солей. По мере увеличения значения x от 0,035 до 0,045 коэффициент качества (Q·f) образцов сначала увеличивается, а затем уменьшается, достигая максимума 70 000 при x=0,0375. Диэлектрическая проницаемость (εr) монотонно увеличивается с увеличением x и составляет 20,96 при x=0,0045. Температурный коэффициент резонансной частоты (τf ) прогрессивно увеличивается с увеличением содержания Ca0,5Sr0,5TiO3. При x=0,004 полученная керамика 0,96MgTiO3–0,04Ca0,5Sr0,5TiO3, спеченная при 1275 °C в течение 4 ч, демонстрирует превосходные микроволновые диэлектрические свойства со значением εr около 20,57, относительно высоким значением Q·f примерно 58 000 ГГц, и близкое к нулю значение τf приблизительно -1,16 частей на миллион/°C. Такая керамика может быть хорошим кандидатом для высокоэффективных микроволновых диэлектрических устройств. Введение В глобальной системе беспроводной связи в последние десятилетия быстро разрабатываются различные микроволновые диэлектрические компоненты, в которых микроволновые диэлектрические материалы играют ключевую роль с массовым использованием [1-5]. Чтобы удовлетворить требования к высокопроизводительным СВЧ-устройствам, превосходные диэлектрические материалы должны обладать тремя основными характеристиками: соответствующей диэлектрической проницаемостью (εr), высокой добротностью (Q·f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты. (τf ) [6, 7]. Более высокое значение εr облегчило бы миниатюризацию устройств, высокое значение Q·f обеспечивает низкие потери, а близкое к нулю значение τf обеспечивает высокую стабильность при различных температурах применения [8]. Среди всех материалов с низкими потерями и средней диэлектрической проницаемостью титанат магния со структурой ильменита (MgTiO3) является одним из известных кандидатов в промышленности [9, 10]. Благодаря низким диэлектрическим потерям керамика MgTiO3 нашла широкое применение в диэлектрических компонентах, таких как фазовращатели, перестраиваемые фильтры, антенны и стабилизаторы частотных колебаний для связи на СВЧ-диапазоне [11, 12]. Как правило, керамика MgTiO3 обладает хорошими диэлектрическими характеристиками со значением εr около 17 и Q·f около 160 000 ГГц (на 7 ГГц) [13]. Однако значение τf чистой керамики MgTiO3 составляет примерно −50 ppm/°C, что не подходит для таких устройств. Для получения диэлектрических материалов с близким к нулю значением τf обычно применяются подходы, заключающиеся в объединении двух или более материалов с противоположными значениями τf для образования твердого раствора или смешанных фаз [14–16]. Таким образом, компоновка MgTiO3 с другими соединениями с положительным значением τf считается наиболее реальным способом получения желаемых высокоэффективных микроволновых диэлектрических материалов на основе MgTiO3 с близким к нулю значением τf. В литературе CaTiO3 со структурой перовскита (εr = 170, Q·f = 3600 ГГц и τf = 800 ppm/°C) и SrTiO3 (εr=290, Q·f=4800 ГГц и τf=1700 ppm/°C) обычно вводят в микроволновую диэлектрическую керамику из-за высоких положительных значений τf [17–20]. Для приготовления микроволновой диэлектрической керамики на основе MgTiO3 Huang et al. [21] указали, что при соотношении Mg:Ca=95:5 полученное 0,95MgTiO3–0,05CaTiO3 керамика имела близкое к нулю значение τf с εr = 20–21 и Q·f = ~ 56000 ГГц (на 7 ГГц). Также в 2004 г. сообщалось, что керамика 0,964MgTiO3–0,036SrTiO3 показала превосходные диэлектрические характеристики с εr=20,76, Q·f=71000 ГГц и τf=-1,27 ppm/°C [22]. Из-за схожей структуры перовскита между SrTiO3 и CaTiO3 было показано, что твердый раствор CaxSr1-xTiO3, такой как Ca0,8Sr0,2TiO3 и Ca0,5Sr0,5TiO3, также будет демонстрировать хорошие диэлектрические свойства [23]. Поэтому позже в работе Pan et al. [24] в MgTiO3 был добавлен Ca0,8Sr0,2TiO3 (εr=180, Q·f=8300 ГГц и τf=990 ppm/°C) для получения серии (1 − x)MgTiO3–xCa0,8Sr0,2TiO3. керамики, оптимизировав, чтобы керамика 0,94MgTiO3–0,06Ca0,8Sr0,2TiO3 обладала прекрасным сочетанием микроволновых диэлектрических свойств: εr = ~ 21,9, Q·f = ~ 128000 ГГц и τf = ~ 0,7 ppm/°C. А Чжан и др. [25] показали, что после легирования Ca0,8Sr0,2TiO3 полученная керамика 0,78MgTiO3–0,22Ca0,8Sr0,2TiO3 может обеспечить сочетание диэлектрических свойств εr=20,25, Q·f=74 200 ГГц и τf=- 1,28 частей на миллион/°С. Кроме того, известно, что Ca0,5Sr0,5TiO3 (εr=240 и Q·f=4100 ГГц) обладает более высоким значением εr, чем Ca0,8Sr0,2TiO3 [23], и его температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (τε) уменьшается с ростом увеличение значения εr [26]. Поскольку τf ≈ − (1/2)τε, значение τf диэлектрического материала будет увеличиваться с увеличением εr [26–28]. Другими словами, Ca0,5Sr0,5TiO3 также должен иметь более высокое значение τf, чем Ca0,8Sr0,2TiO3. Следовательно, Ca0,5Sr0,5TiO3 будет лучшим выбором для объединения с MgTiO3 для получения желаемых высокоэффективных микроволновых диэлектрических материалов с близким к нулю значением τf. Ожидается, что за счет легирования меньшего количества вторичной фазы Ca0,5Sr0,5TiO3 такая комбинация позволит получить диэлектрический керамический композит на основе MgTiO3 с близким к нулю τf, высоким εr и даже высоким значением Q·f. Однако, насколько нам известно, о работах по приготовлению диэлектрической керамики MgTiO3 для микроволнового излучения, легированной Ca0,5Sr0,5TiO3, не сообщалось. В данной работе было разработано различное количество Ca0,5Sr0,5TiO3 для добавления в матрицу MgTiO3 для получения серии композитной керамики, которая имела номинальный состав (1−x)MgTiO3–xCa0,5Sr0,5TiO3 ((1−x)MT–xCST, где x=0,035–0,045 с шагом 0,025). Образцы были приготовлены методом твердофазного спекания с использованием предварительно синтезированных ультрадисперсных порошков MgTiO3 и (Ca0,5Sr0,5)TiO3 по реакции расплава солей. Синтез расплавленной соли был принят, потому что он мог приготовить сверхтонкие порошки для облегчения спекания конечной композитной керамики [29]. Систематически исследованы микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства полученной керамики. Как и ожидалось, температуростойкая микроволновая диэлектрическая керамика с высокими значениями Q·f и умеренными значениями εr была получена за счет корректировки значения x. Такая керамика может быть хорошим кандидатом для высокоэффективных микроволновых диэлектрических устройств. ……… Выводы Новую композиционную керамику (1 − x)MgTiO3–xCa0,5Sr0,5TiO3 (x = 0,035–0,045) получали методом твердофазного спекания с использованием предварительно синтезированных ультратонких порошков MgTiO3 и (Ca0,5Sr0,5)TiO3 методом расплавления - солевая реакция. Исследованы микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства полученных образцов. Вся полученная композиционная керамика состоит из основной фазы ильменита MgTiO3 и второстепенной фазы перовскита Ca0,5Sr0,5TiO3. Добавление Ca0,5Sr0,5TiO3 привело бы к уменьшению размера зерен фазы MgTiO3 в образцах. Уплотнение образцов сначала увеличивалось, а затем уменьшалось при увеличении значения x от 0,035 до 0,045. При x=0,04 керамика 0,96MgTiO3–0,04(Ca0,5Sr0,5)TiO3, спеченная при 1275 °C в течение 4 ч, имеет превосходные микроволновые диэлектрические свойства: εr=20,57, Q·f=58000 ГГц и τf=-1,16. частей на миллион/°C.

2020

СВЧ-диэлектрическая керамика Ba2-xCaxMgTi5O13 (0 ≤ x ≤ 0,3) впервые была получена традиционным методом твердофазной реакции. Небольшое количество Ca2+ может растворяться в решетке, образуя твердые растворы с моноклинной структурой (C2/m), и дополнительно влиять на поведение при спекании, рост зерен и микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba2-xCaxMgTi5O13. Как увеличение εr, так и уменьшение Qxf в зависимости от x должно быть связано с увеличением искажения решетки и неравномерным ростом зерен, хотя плотность образца и отношение ионной поляризуемости к молярному объему мало изменяются. Более того, валентность связи A-сайта и τf указывают на тесную связь в текущем исследовании, так что замена Ca2+ может вызывать увеличение значений τf. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr ∼ 29,3, Qxf ∼ 30 870 ГГц (6,5 ГГц) и близкое к нулю τf ∼ +2,1 ppm/°C могут быть получены в керамике с x = 0,15, спеченной при 1160 °C. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется для изготовления фильтров, диэлектрических антенн, диэлектрических резонаторов и диэлектрических подложек в области беспроводной связи, такой как мобильный телефон, беспроводные локальные сети и глобальные системы определения местоположения [1–3]. В последние годы , миллиметровые волны для беспроводной связи, такие как технология 5G, хорошо известны как горячая точка в области исследований. Обычно ожидается, что микроволновая диэлектрическая керамика будет иметь высокую диэлектрическую проницаемость (εr) для миниатюризации устройств, высокий коэффициент качества (Qxf) для селективного достижения превосходной перекрестной связи и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для обеспечения стабильность частоты передачи, хотя ожидается, что εr будет как можно меньше для беспроводной связи миллиметрового диапазона. К настоящему времени такие соединения, как BaTi4O9 и Ba2Ti9O20 на основе системы BaO-TiO2 с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, широко исследованы и широко используются в производстве различных микроволновых устройств, таких как резонаторы, фильтры, генераторы и т. д. [4,5]. Для улучшения их микроволновых диэлектрических свойств в систему BaO-TiO2 на стадии сырья добавляли соответствующее количество ZnO, Al2O3, Nb2O5 и Ln2O3 (Ln = La, Sm, Nd и т. д.) [6–12]. Установлено, что в системе BaO-ZnO-TiO2 присутствуют четыре тройные фазы, такие как Ba4ZnTi11O27, BaZn2Ti4O11, Ba2ZnTi5O13 и твердые растворы типа голландита BaxZnxTi8-xO16 [13]. Сообщается, что система BaO-Ln2O3-TiO2 содержит либо BaLn2Ti5O14, либо BaLn2Ti4O12 в качестве основной фазы. Все эти соединения продемонстрировали хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, демонстрируя потенциальное применение в микроволновых устройствах [14,15]. Сообщалось, что тройная система BaO-MgO-TiO2 содержит одну нестехиометрическую голландитовую фазу BaxMgxTi8-xO16 и три другие фазы BaMg6Ti6O19, Ba4MgTi11O27 и Ba2MgTi5O13, среди которых сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах керамики BaMg6Ti6O19 и Ba4MgTi11O27 [13, 16]. Моноклинная керамика Ba2MgTi5O13 систематически не изучалась, особенно ее микроволновые диэлектрические свойства. В данной работе керамика Ba2-xCaxMgTi5O13 (0 ≤ x ≤ 0,3) была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Детально исследовано влияние замены Ba2+ небольшим количеством Ca2+ на характер спекания, фазовый состав, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики. ………… Выводы В данной работе была успешно синтезирована новая микроволновая диэлектрическая керамика Ba2-xCaxMgTi5O13 традиционным твердотельным методом. Фазовый состав, поведение при спекании, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства были исследованы в зависимости от температуры спекания и содержания замещения. Замещение Ba2+ на Ca2+ провоцирует образование твердых растворов в экспериментальном диапазоне составов. Все исследованные образцы имеют плотную микроструктуру с высокой относительной плотностью < 96%. Замена Ca2+ вызывает искажение решетки (уменьшение доли упаковки) и неравномерный рост зерен, способствуя уменьшению значений Qxf, но увеличению значений εr, хотя плотность образца и отношение теоретической ионной поляризуемости к молярному объему (D m /V ) различаются очень незначительно. Более того, пониженная валентность связи A-сайта, индуцированная замещением Ca2+, приводит к желательной модификации τf от отрицательных до положительных значений. В дополнение к относительно низкой температуре спекания и низкой стоимости сырья по сравнению с некоторыми коммерческими диэлектриками со средней диэлектрической проницаемостью, такими как перовскиты Ba(Mg,Ta,Sb)O3 и (Sm,Nd)AlO3, состав x = 0,15 спекается при 1160°. C в течение 4 часов демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 29,3, Qxf = 30 870 ГГц (на 6,5 ГГц) и τf = +2,1 ppm/°C, демонстрируя большой потенциал применения в будущих микроволновых устройствах.

2020

Диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,45) для СВЧ-диапазона была приготовлена методом традиционной фазовой реакции при 1400–1450 °C в течение 5 часов. Кроме того, впервые были получены микроволновые диэлектрические свойства керамики SnO2. Керамику SnO2 было трудно уплотнить, а керамика SnO2 (ρотн = 65,1%), которая была спечена при 1525 ° C, продемонстрировала оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 5,27, Q × f = 89 300 ГГц (на 14,5 ГГц) и τf = - 26,7 частей на миллион/°С. Для керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,15) Sr2+ может растворяться в позиции Ca2+ Ca1-xSrxSnSiO5 с образованием единой фазы, а частичное замещение Ca2+ на Sr2+ может улучшить микроволновые диэлектрические свойства керамики CaSnSiO5. Вторичные фазы (SnO2 и SrSiO3) появлялись при 0,2 ≤ x ≤ 0,45 и могли корректировать аномально положительное значение τf керамики CaSnSiO5. Получены наивысшее значение Q×f (60 100 ГГц на 10,4 ГГц) и оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 9,42, Q×f = 47 500 ГГц на 12,4 ГГц и τf = −1,2 ppm/°C) керамики Ca1-xSrxSnSiO5. при x = 0,05 и 0,45 соответственно. Введение CaSnSiO5, широко известный как малаяит, является редким минералом, который вызвал значительный исследовательский интерес из-за его превосходных фотолюминесцентных свойств.1 Кристаллическая структура CaSnSiO5 была впервые установлена Хиггинсом и Риббе.2 Его октаэдрические цепи SnO6 с общими углами a и связан с полиэдрами CaO7 через тетраэдры SiO4.3,4 На свойства CaSnSiO5 в основном влияют его октаэдрические цепочки SnO6. Кристаллическая структура CaSnSiO5 аналогична CaTiSiO5 (титанит), который имеет пространственную группу P21/a и антиферроэлектрические свойства при комнатной температуре за счет атома Ti октаэдра TiO6, расположенного в нецентральном положении.5 Однако Атом Sn ( = 0,83 Å) крупнее атома Ti ( = 0,745 Å)6 и Sn r Ti r с большей вероятностью занимает центральное положение октаэдра.3 Между тем CaSnSiO5 имеет моноклинную структуру с пространственной группой A2/a и не является антисегнетоэлектрической керамикой при комнатной температуре.2 Применение СВЧ-диэлектрической керамики CaSnSiO5 с низкой диэлектрической проницаемостью привлекает повышенное внимание из-за большого количества связей Si–O и аномально положительного значения τf.7,8 Силикаты обладают многочисленными Si–O связи (примерно 55% ковалентных связей) в своих тетраэдрах SiO4 и обладают низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15),9 что может уменьшить время передачи сигнала. Тройная силикатная керамика, такая как CaO-SnO2-SiO2, 10,11 CaO-ZrO2-SiO2, 12,13 CaO-HfO2-SiO2 13, также имеет добротность (Q×f). Высокие значения Q×f могут улучшить частотную избирательность14, а высокая относительная ковалентность связей соответствует высокому значению Q×f.10,13 Принятая статья –τf встречаются редко.15 В системе CaO–SnO2–SiO2 существуют только тройные оксиды CaSnSiO5 и Ca3SnSi2O9. Керамики CaSnSiO5 и Ca3SnSi2O9 обладают высокими значениями Q×f и низкой диэлектрической проницаемостью,7,11 и только керамика CaSnSiO5 обладает аномально большими положительными значениями τf. В нашей предыдущей работе были тщательно исследованы микроволновые диэлектрические свойства и фазовый состав керамики CaSnSiO5. Однако из-за высокой относительной ковалентности (приблизительно 53%) связи Sn–O октаэдрических цепей SnO6 в CaSnSiO5 улучшение относительной ковалентности связи Sn–O и значений Q×f керамики CaSnSiO5 за счет замещения Sn4+ трудный. Таким образом, вопрос о том, как улучшить микроволновые диэлектрические свойства керамики CaSnSiO5, заслуживает дальнейших исследований. В настоящей работе исследована СВЧ-диэлектрическая керамика Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,45). Длина связи Sn-O была сжата, а относительная ковалентность Sn-O увеличилась за счет замещения Ca2+ более крупным Sr2+. Частичная замена Ca2+ на Sr2+ улучшила микроволновые диэлектрические свойства CaSnSiO5. Фазовые составы и кристаллическую структуру анализировали с помощью уточнения Ритвельда. На микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,15) в первую очередь влияли ионная поляризуемость, относительная ковалентность связи, микроструктура и октаэдрическое искажение SnO6 в однофазной области. В многофазной области вторичная фаза была ключевым фактором, влияющим на микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0,2 ≤ x ≤ 0,45). …………… Выводы СВЧ-диэлектрическая керамика Ca1-xSrxSnSiO5 (0 ≤ x ≤ 0,45) и SnO2 была приготовлена методом твердофазной реакции. Замена Ca2+ на Sr2+ оказала очевидное влияние на микроволновые диэлектрические свойства и кристаллическую структуру керамики Ca1-xSrxSnSiO5, а умеренное замещение Sr2+ способствовало однородности зерна. В однофазной области (0 ≤ x ≤ 0,15) на значения εr в первую очередь влияла общая ионная поляризуемость, а замещение Sr2+ увеличивало значения εr керамики Ca1-xSrxSnSiO5. На значения Q×f влияли микроструктура и относительная ковалентность связей Sn–O, и они приближались к своим максимальным значениям (Q×f = 60 100 ГГц) при x = 0,05. Октаэдрическая дисторсия SnO6 увеличивалась с увеличением x, а большая октаэдрическая дисторсия SnO6 соответствовала низкому τf. В многофазной области относительная плотность и значения εr вторичной фазы определяли значения εr керамики Ca1-xSrxSnSiO5 (0,2 ≤ x ≤ 0,45). Значения Q×f менялись в зависимости от содержания вторичной фазы, а значения τf фазы CaSnSiO5 корректировались до вблизи нуля SnO2 и SrSiO3 с отрицательными значениями τf. Керамика Ca1-xSrxSnSiO5 (x = 0,45) с содержанием CaSnSiO5 43,7 % масс., SnO2 34,1 % масс. и SrSiO3 22,2 % масс. показала отличные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 9,42, Q×f = 47 500 ГГц и τf = −1,2 ppm/°С).

2020

Методом твердотельных реакций исследованы фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0 ≤ x ≤ 0,5). В керамике Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0 ≤ x ≤ 0,2) формировалась однофазная керамика с моноклинной структурой. При 0,25 ≤ x ≤ 0,5 появляются вторые фазы CaSiO3 и CaSnSiO5. Получены микроволновые диэлектрические свойства новой керамики Ca2HfSi4O12 (εr = 8,1, Q×f = 39 700 ГГц и τf = –12,7 ppm/°C). Частичная замена Hf4+ на Sn4+ позволила снизить его относительную диэлектрическую проницаемость и улучшить добротность, а самая высокая добротность 49 500 ГГц была получена при x = 0,2. Величина τf керамики Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 может регулироваться почти до нуля второй фазой CaSnSiO5 при x > 0,3. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 8,0, Q×f = 37 100 ГГц и τf = –7,2 ppm/°C) были достигнуты в керамике Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (x = 0,4). Введение В связи с быстрым развитием мобильных технологий 5G, технологий микроволновой связи и беспилотных технологий требования к микроволновым диэлектрическим компонентам и материалам постепенно растут. Использование СВЧ-диэлектрической керамики с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15), высокой добротностью (Q×f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) быстро расширяется в последнее десятилетие [1–6]. Характеристика низкой диэлектрической проницаемости может улучшить скорость распространения сигнала среди проводников. Высокие значения Q×f и близкие к нулю значения τf также необходимы для микроволновых диэлектрических компонентов, поскольку они могут улучшить частотную избирательность и устойчивость к температуре соответственно. Силикаты привлекли значительное внимание из-за их низких значений εr и высоких значений Q×f. В таблице 1 представлены многие типы силикатов с низким значением εr и высоким значением Q×f, которые имеют низкое значение εr из-за большого количества связей Si–O в тетраэдрах [SiO4]. Высокое содержание ковалентной связи (55 %) в связи Si–O может снижать значение εr из-за уменьшения эффекта дребезжания [16]. Поэтому силикаты с низкой диэлектрической проницаемостью и высоким значением Q×f подходят в качестве диэлектрических материалов для высокочастотных устройств. Однако, согласно зависимости εr–τf [17, 18], силикаты обладают, как правило, большим отрицательным значением τf. Керамика Ca3(Zr1-xSnx)Si2O9 обладает низкодиэлектрическими микроволновыми диэлектрическими свойствами и стабильной кристаллической структурой с группой [Si2O7], полиэдром [Zr1-xSnxO6] и [CaO6/7] [12]. Величину τf керамики Ca3Sn1-xTixSi2O9 можно регулировать до –5,1 ppm/°C заменой Sn4+ Ti4+ за счет появления второй фазы CaTiO3 (положительное значение τf) [11]. Керамики HfSiO4 и ZrSiO4 [19, 20] имеют сходную кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства. Hf4+ имеет сходные характеристики с Zr4+ в MSiO4 (M = Hf, Zr). Следовательно, ионы Zr4+, Hf4+ и Sn4+ имеют близкие ионные радиусы и валентные состояния. Ca2ZrSi4O12 относится к классу циклосиликатов [21] и обладает низкодиэлектрическими микроволновыми диэлектрическими свойствами [22]. Ионы Zr4+, Hf4+ и Sn4+ могли занимать одну и ту же позицию в Ca2MSi4O12 (M = Zr, Hf и Sn). Ca2HfSi4O12 может иметь кристаллическую структуру, аналогичную структуре Ca2ZrSi4O12, и обладать низкодиэлектрическими микроволновыми диэлектрическими свойствами из-за существующего большого количества связей Si-O. Однако о микроволновых диэлектрических свойствах Ca2HfSi4O12 никогда не сообщалось. В данной работе Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0 ≤ x ≤ 0,5) был получен твердофазным методом. Значение τf было доведено до нуля второй фазой CaSnSiO5 с положительным значением τf [23]. Исследована корреляция между фазовым составом и микроволновыми диэлектрическими свойствами Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0 ≤ x ≤ 0,5). …………… Выводы Керамика Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0 ≤ x ≤ 0,5) с низкодиэлектрическими СВЧ-диэлектрическими свойствами была исследована при спекании при 1350 °С – 1375 °С в течение 5 ч методом твердофазной реакции. Однофазная керамика была получена на Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0 ≤ x ≤ 0,2). Частичное замещение Hf4+ Sn4+ может снизить значения εr и τf и улучшить значение Q×f керамики Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12. При x = 0,20 образец показал максимальное значение Q×f (Q×f = 49 500 ГГц). Однако вторая фаза CaSnSiO5 и CaSiO3 появляется при Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (0,25 ≤ x ≤ 0,5). Значение Q×f имело тенденцию к снижению, а значение τf можно было контролировать почти до нуля фазой CaSnSiO5. Хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне (εr = 8,0, Q×f = 37 100 ГГц, τf = –7,2 ppm/°C) могут быть достигнуты в Ca2(Hf1-xSnx)Si4O12 (x = 0,4), спеченном при 1375 °C.

2020

Новая керамика шеелитового типа [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 (0,2 ≤ x ≤ 0,95) была получена методом твердофазной реакции. По данным РСА, при 0,2 ≤ x ≤ 0,95 образуется твердый раствор, и все образцы относятся к чистой шеелитовой фазе с тетрагональной структурой. Как показала спектроскопия комбинационного рассеяния, число колебательных мод уменьшалось с увеличением значения x, что также указывало на то, что ионы Bi3+ занимают А-позицию структуры шеелита. По мере увеличения значения x температура спекания снижалась с 740 до 660 °С; диэлектрическая проницаемость увеличилась с 12,6 до 20,3; значение Qf сначала незначительно снижалось и постепенно оставалось стабильным. Основываясь на анализе спектра инфракрасной отражательной способности, расчетная диэлектрическая проницаемость, полученная из аппроксимированных данных, имела ту же тенденцию, что и измеренное значение. Керамика [Ca0,55(Nd0,05Bi0,95)0,3]MoO4, спеченная при 660 °С, достигла близкого к нулю значения температурного коэффициента ~ τf (-7,1 ppm/°С) и показала отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr ~ 20,3 и Qf ~ 33 860 ГГц, что делает эту систему многообещающим кандидатом в технологии сверхнизкотемпературного совместного обжига керамики (ULTCC). ВВЕДЕНИЕ Микроволновое устройство является важной частью современной системы беспроводной связи, с грядущими беспроводными системами 5-го поколения. Исследование микроволновой керамики привлекает все больше и больше внимания.1 Между тем, ряд новых процессов производства материалов, таких как технология низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC) и сверхнизкотемпературной керамики совместного обжига (ULTCC) технологии2 обеспечивают техническую поддержку изготовления миниатюрных и интегрированных микроволновых устройств. Следовательно, существует острая необходимость в разработке микроволновой керамики, подходящей для технологии LTCC/ULTCC. СВЧ-диэлектрическая керамика, используемая в технологии LTCC/ULTCC, должна отвечать нескольким основным требованиям. Во-первых, микроволновая керамика должна иметь более низкие температуры спекания, чем температуры плавления (ТП) металлических электродов, таких как Ag с ТП ~ 961 °С и Al с ТП ~ 660 °С. Во-вторых, диэлектрические потери должны быть очень низкими (высокая добротность Q), чтобы снизить энергопотребление СВЧ-устройств. В-третьих, значение температурного коэффициента резонансной частоты τf СВЧ-керамики должно приближаться к нулю для улучшения температурной независимости СВЧ-устройств. Наконец, сырье для СВЧ-керамики должно быть нетоксичным для окружающей среды.3-10 В последнее время оксиды A2+B6+O4 (A2+ = Mg, Mn, Ca, Zn, Cd, B6+ = Mo, W) с шеелитом структуры были широко исследованы на предмет их микроволновых диэлектрических свойств.11,12 Из-за низкой температуры спекания и адаптивной кристаллической структуры, обеспечивающей потенциал для различных замещений в A- или B-сайте, эти композиции привлекли большое внимание в технологии LTCC. В предыдущем отчете Choi et al. обнаружили, что CaMoO4 обладает высоким значением Qf (~89 700 ГГц) и низкой температурой спекания (~1100 °С).13 Rama et al. использовали ион Cd2+ для замены иона Ca2+ и получили хорошие микроволновые диэлектрические свойства (ɛr = 8 ~ 10, Qf = 46 000 ~ 53 000 ГГц, τf = -22 ~ -57 ppm/℃) в керамике Ca1-xCdxMoO4 при низкой температуре ( 900 ~ 1075 °С).14 Zhou et al. заменили элементы в позиции A и получили термостабильную керамику [(Li0,5Ln0,5)0,2Ca0,8]MoO4 с отличными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 10,6 ~ 11, Qf = 18 400 ~ 24 500 ГГц, τf = -7,1 ~ + 6,9 ppm/℃) и низкие температуры спекания (ST = 800 ~ 900 °С).15,16 Согласно литературным данным,17,18 керамика CaMoO4 имеет отрицательное значение τf до близкого к нулю и даже положительного значения. Сообщалось, что оксид висмута имеет внутреннюю низкую температуру плавления и может помочь снизить температуру спекания оксидов шеелита. Кроме того, было обнаружено, что редкоземельные оксиды, такие как Nd2O3 и т. д., улучшают диэлектрические свойства многих микроволновых диэлектрических керамических материалов.19 Микроволновые диэлектрические свойства тесно связаны с микроструктурой керамики. Чой и др. когда-либо использовал соотношение Клаузиуса-Мосотти для расчета поляризуемости Мо в соединениях AMoO4 (A = Mg, Zn, Sr, Ca и Ba).13. Ким и др. использовали долю упаковки для корреляции коэффициента качества оксидов шеелита A2+B6+O4.20 Кроме того, многие исследователи использовали спектроскопию комбинационного рассеяния для получения информации о вибрациях и вращениях.21,22 Некоторые исследователи использовали инфракрасную спектроскопию для выявления комплекса диэлектрический отклик в керамике.23,24 На основе подгоночных данных инфракрасной спектроскопии можно рассчитать диэлектрическую проницаемость и собственные диэлектрические потери. Таким образом, в данной работе комплексные ионы (Nd1-xBix) 3+ использовались в А-узле структуры шеелита для регулирования микроволновых диэлектрических свойств и температуры спекания керамики CaMoO4. Исследованы микрохарактеристики и микроволновые диэлектрические свойства керамики [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 (0,2 ≤ x ≤ 0,95). Взаимосвязь между свойствами и колебательными модами была подробно исследована. …………… ВЫВОД Ряд керамик шеелитового типа [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 (0,2 ≤ x ≤ 0,95) успешно получен методом твердофазной реакции. По данным РФА, в керамике [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 наблюдается образование твердого раствора и отчетливо наблюдаются чистые тетрагональные фазы. При увеличении значения x температура спекания образца постепенно снижается с 740 до 660 °С, а также уменьшается средний размер зерна образца с 3,16 мкм до 2,78 мкм. Эти результаты показывают, что ион Bi3+, полученный из Bi2O3, может эффективно снизить температуру спекания и измельчить зерна. Между тем обнаружено, что диэлектрическая проницаемость увеличивается с 12,6 до 20,3 с увеличением x, что связано с усилением поляризуемости, обусловленной Bi3+. Значение Qf уменьшалось и постепенно оставалось стабильным, что тесно связано с редкоземельным элементом Nd3+. Спектроскопия КР показала, что внутренние моды постепенно исчезают с увеличением значения x, это явление связано с искажением тетраэдров MoO4, что также связано с введением ионов (Nd1-xBix)3+. Дальняя инфракрасная частота близка к микроволновой частоте, измеренный диэлектрический отклик по ИК-спектру можно экстраполировать в микроволновую область. С подгонкой данных ИК-спектров расчетная диэлектрическая проницаемость имеет ту же тенденцию, что и измеренная, этот результат указывает на то, что катионы A-позиции в основном преобладают в изменении диэлектрического отклика на микроволновой частоте. Керамика [Ca0,55(Nd0,05Bi0,95)0,3]MoO4, спеченная при низкой температуре (660 °С), обладает оптимальными микроволновыми диэлектрическими свойствами с относительной диэлектрической проницаемостью 20,3, значением Qf 33 860 ГГц и близким к нулю значением τf (- 7,1 частей на миллион/°С). Керамическая система [Ca0,55(Nd1-xBix)0,3]MoO4 с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами потенциально может быть использована в технологиях LTCC или ULTCC.

2020

Исследованы фазовая эволюция и микроволновые диэлектрические свойства керамической системы ZnAl2O4–3Zn2SiO4–2SiO2 с добавлением SrTiO3. С добавкой SrTiO3 температура спекания плотной керамики снижается с 1320 °С до 1180–1200 °С. Согласно номинальному составу ZnAl2O4–3Zn2SiO4–2SiO2-ySrTiO3 фазовая эволюция выявляется по рентгенограммам и изображениям обратного рассеяния электронов: фазы Zn2SiO4, ZnAl2O4 и SiO2 сосуществуют при y = 0; SrTiO3 реагирует с ZnAl2O4 и SiO2 с образованием SrAl2Si2O8, TiO2 и Zn2SiO4 при y = 0,2–0,8, а фаза SiO2 исчезает при y = 0,8; новая фаза Zn2TiO4 получается при y = 1. Наличие TiO2 оказывает существенное влияние на диэлектрические свойства. Оптимизированные микроволновые диэлектрические свойства достигаются при y = 0,6, а керамика демонстрирует низкую диэлектрическую проницаемость (7,16), высокую добротность (57, 837 ГГц) и низкий температурный коэффициент резонансной частоты (-30 ppm °C). Введение С развитием технологии мобильной связи пятого поколения (5G) частоты миллиметровых волн стали предпочтительными несущими частотами из-за более широкой полосы пропускания и более высокой скорости передачи [1,2]. Для технологии миллиметрового диапазона керамические подложки имеют очевидные преимущества благодаря сверхнизким диэлектрическим потерям, стабильной и регулируемой диэлектрической проницаемости и стабильным температурным характеристикам [3,4]. Для применения в подложке, особенно в будущих микроволновых интегральных схемах (МИС), очень важна низкая диэлектрическая проницаемость, поскольку она обеспечивает более высокую скорость распространения сигнала, а также может уменьшить индуктивные перекрестные помехи и генерацию шума в МИС [5,6]. Согласно уравнению Клаузиуса-Моссотти, диэлектрическая проницаемость в основном определяется диэлектрической поляризуемостью на единицу объема [7]. Диэлектрическая поляризуемость соединения может быть определена по ионной поляризуемости с использованием правила аддитивности [8]. Чтобы получить низкую диэлектрическую проницаемость, предпочтение отдается иону с низкой поляризуемостью. Как сообщает Шеннон [8], существует всего четыре иона Be2+, B3+, Al3+, Si4+ с поляризуемостью меньше единицы. Среди них соединения, содержащие Al3+ [9] или Si4+, привлекли большое внимание для применения в качестве подложек из-за их низкой диэлектрической проницаемости, высокой добротности, экологичности, низкой стоимости и хороших механических свойств, таких как Zn2SiO4 (εr = 6,6, Q × f = 219 000 ГГц, τf = –61 миллионных долей °C–1) [6] и ZnAl2O4 (εr = 8,5, Q × f = 56 319 ГГц, τf = –79 миллионных долей °C–1) [10]. Однако высокая температура спекания Zn2SiO4 и ZnAl2O4 приводит к испарению цинка и нестабильности диэлектрических характеристик [11]. Кроме того, диэлектрическая проницаемость модифицированных алюминатов и силикатов с близким к нулю τf, таких как Zn2SiO4–TiO2 (εr = 9,3) [6] и ZnAl2O4–TiO2 (εr = 12,67) [10], еще нуждается в снижении. Как ZnAl2O4 (ганит), так и Zn2SiO4 (виллемит) являются бинарными соединениями в тройной системе ZnO–Al2O3–SiO2 [12,13]. Было обнаружено, что виллемит (Zn2SiO4) плавится конгруэнтно при 1512 °C, а ганит (ZnAl2O4) плавится конгруэнтно при температурах, близких к 1950 °C. Сообщается, что бинарная эвтектика между виллемитом и ганитом находится при 1460 °C, а тройная эвтектика, включающая виллемит и ганит, находится при 1315 ° C в системе ZnAl2O4–Zn2SiO4–SiO2. Обычно температура спекания соединений тесно связана с их температурой плавления. Исследовать микроволновые диэлектрические свойства керамики в системе ZnAl2O4–Zn2SiO4–SiO2 имеет смысл для низкой тройной эвтектической точки и низкой диэлектрической проницаемости. Учитывая отрицательный температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для Zn2SiO4 и ZnAl2O4, необходимо вводить соединение с положительным τf, чтобы получить близкое к нулю τf. Как правило, керамические материалы на основе титана, такие как TiO2 [10, 14], CaTiO3 [15, 16] и SrTiO3 [17, 18], используются для компенсации отрицательного значения τf микроволновой диэлектрической керамики. В настоящей работе SrTiO3 внедряется в керамику ZnAl2O4–Zn2SiO4–SiO2 и исследуются микроволновые диэлектрические свойства вместе с фазовой эволюцией и характеристиками спекания. ………………… Выводы В настоящей работе керамика ZnAl2O3–3Zn2SiO4–2SiO2 с добавлением SrTiO3 была изготовлена методом твердотельной реакции. С добавкой SrTiO3 температура спекания плотной керамики снижается с 1320 °С до 1180–1200 °С. Согласно номинальному составу Zn2SiO4–3ZnAl2O4–2SiO2-ySrTiO3 фазовое превращение фиксируется рентгенограммами и изображениями обратного рассеяния электронов: при y = 0,2–0,8 SrTiO3 реагирует с ZnAl2O4 и SiO2, затем образуются SrAl2Si2O8, Zn2SiO4 и TiO2; при y = 0,8 все фазы SiO2 исчезают после обеспечения источника Si в фазе полевого шпата и реакции с ионом Zn из ZnAl2O4; при y = 1 все фазы SiO2 способствуют образованию полевого шпата, а оставшийся ион Zn из ZnAl2O4 реагирует с частью фазы TiO2 с образованием фазы Zn2TiO4. Количество фазы TiO2 оказывает важное влияние на диэлектрическую проницаемость и температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.

2020

Микроволновая диэлектрическая керамика Ln2MoO6 (Ln = La и Y) была изготовлена по обычному твердофазному реакционному пути. Для анализа кристаллоструктурных, микроструктурных и диэлектрических свойств керамики применялись XRD, уточнение по Ритвельду, SEM и векторный сетевой анализ. Керамика Y2MoO6 кристаллизовалась в моноклинной кристаллической структуре, тогда как керамика La2MoO6 могла образовывать чисто тетрагональную структуру. Все компоненты можно спекать при температуре 1200–1500 °С с относительной диэлектрической проницаемостью 14,1–17,1 и высокой добротностью. Керамика La2MoO6 демонстрирует удовлетворительные диэлектрические характеристики с Q × f = 67 090 ГГц, εr = 16,6 и τf = –50,1 миллионных долей/°C, в то время как Q × f = 27 760 ГГц, εr = 14,6 и τf = –37,4 миллионных долей/°C для Y2MoO6; следовательно, эта керамика может быть кандидатом на технологию 5G. Введение С непрерывным развитием технологии 5G и огромным спросом людей на беспроводную связь использование систем микроволновой связи, таких как спутниковая связь и спутниковое телевидение в прямом эфире, стало неизбежной тенденцией. Как электронные материалы микроволновая диэлектрическая керамика все больше востребована в гражданских приложениях, таких как мобильные телефоны, сотовые беспроводные телефоны и другие средства мобильной связи [1–4]. Таким образом, превосходный СВЧ-диэлектрический материал имеет подходящую относительную диэлектрическую проницаемость (εr) для миниатюризации СВЧ-устройств, высокую добротность (Q×f) для снижения вносимых потерь устройства на высоких частотах и близкий к нулю температурный коэффициент резонансная частота (τf) для поддержания устойчивости в изменяющейся среде [5–7]. В последние десятилетия были проанализированы удовлетворительные микроволновые диэлектрические материалы, такие как Ca3SnSi2O9 [8], CoZrTa2O8 [9] и SrRAlO4 (R = Sm, Nd и La) [10]. Однако одной из основных причин, по которой керамика этого типа не получила широкого промышленного применения, является высокая температура спекания. Многие исследователи пытались идентифицировать керамику с низкой температурой спекания, добавляя в качестве сырья легкоплавкие компоненты. Например, сообщалось о Li3Mg2NbO6 [11], Li2O–Al2O3–2B2O3 [12], CaWO4 [13] и 2Li2O-AO-3WO3 (A = Mg и Zn) [14]. Как один из легкоплавких компонентов для синтеза новой безстекольной низкотемпературной обожженной керамики молибден привлек к себе широкое внимание. Чжоу и др. показали, что керамика Bi2MoO6 обладает удовлетворительными микроволновыми диэлектрическими свойствами, но значения τf существенно отклоняются от нуля (–114 ppm/°C) [15]. Панг и др. [16] сообщили, что моноклинная однофазная микроволновая диэлектрическая керамика La2Mo3O12 имела превосходные свойства с εr = 10,1, τf = -80 ppm/°C и Q × f = 60 000 ГГц при спекании при 930 °C. Затем были продемонстрированы превосходные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 13,8, Q × f = 66 400 ГГц и τf = -53 ppm/°C керамики Nd2MoO6 [17]. Эти результаты повысили наш интерес к другой керамике Ln2MoO6. В данной статье исследуются керамики Ln2MoO6 (Ln = La и Y), основанные на близких ионных радиусах и одинаковой химической валентности катионов редкоземельных элементов. …. Выводы Исследована микроволновая керамика Ln2MoO6 (Ln = La и Y) с низкой относительной диэлектрической проницаемостью. Фазообразование и кристаллическую структуру каждого из материалов исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа и уточнений Ритвельда при комнатной температуре. Керамика La2MoO6 имеет тетрагональную структуру, вторая фаза не обнаружена ни для каких компонентов. Образцы можно было спекать при температуре 1200–1500 °С. La2MoO6 демонстрирует лучшие микроволновые диэлектрические свойства, чем Y2MoO6. Керамика La2MoO6, спеченная при 1300 °C, имеет низкое значение εr ~16,6, высокое значение Q×f ~67 090 ГГц и отрицательное значение τf ~ −50,1 ppm/°C, в то время как Q×f = 27 760 ГГц, εr = 14,6, и τf = -37,4 ppm/°C для керамики Y2MoO6, спеченной при 1350°C.

2020

В этой статье представлены разработка и синтез подложки с малыми потерями и низкой эффективной диэлектрической проницаемостью (εeff ) для применения в микроволновом и миллиметровом диапазонах. Предлагаемая конструкция основана на теории двухфазного смешения Максвелла Гранета, где εeff ВЧ-подложки может быть синтезирован в зависимости от геометрии и диэлектрической проницаемости смешивающихся частиц и диэлектрической проницаемости основного материала. Проводится всесторонний обзор и анализ ошибок наиболее распространенных методов смешивания, чтобы гарантировать точную конструкцию высокопроизводительных ВЧ-подложек. Проводится несколько анализов на основе геометрии различных частиц, чтобы определить наиболее точную модель смешивания, используемую в конструкции предлагаемого субстрата. Проанализировано и обсуждено влияние направления возбуждения, а также поляризации падающего поля на εeff анизотропной частицы. Предлагаемый метод позволяет использовать существующие высокоэффективные материалы, которые не обязательно обеспечивают низкую диэлектрическую проницаемость и низкий тангенс угла потерь. Для антенн миллиметрового диапазона желательны материалы с диэлектрической проницаемостью 2–4 и тангенсом угла потерь менее 0,002, чтобы максимизировать усиление и эффективность излучения. Коммерческие RF-подложки могут удовлетворить этим требованиям, однако ограниченный коэффициент теплового расширения и трудности с ламинированием значительно увеличивают стоимость. Предлагаемый метод позволяет использовать недорогие материалы, которые обеспечивают отличные термические свойства и большую совместимость с многослойным процессом изготовления с желаемыми εeff и тангенсом угла потерь. Для проверки правильности анализа образцы изготавливаются и тестируются в микроволновом диапазоне (S-диапазон) на частоте 3,5 ГГц, а также в миллиметровом диапазоне (W-диапазон) на частоте 77 ГГц. Результаты измерений показывают уменьшение на 45 % значений εeff и 38 % тангенса угла потерь в S-диапазоне и уменьшение εeff и tanδ на 32 % и 72 % соответственно в полосе частот миллиметрового диапазона. Результаты измерений прекрасно согласуются с результатами моделирования и расчетов. ВВЕДЕНИЕ Полное понимание распространения электромагнитных волн внутри диэлектрического материала имеет большое значение в современных приложениях дизайна материалов, дистанционного зондирования, аэрокосмической промышленности, производства линз, электромагнитных поглотителей, углеродных нанотрубок, полимеров и т. д. [1]–[3]. ]. Диэлектрические свойства материала зависят от внутренней структуры частиц внутри, формы частиц и удельного объема (f). В литературе существует несколько аналитических моделей или правил смешивания, которые изучают эти свойства и упрощают моделирование сложных полей, генерируемых частицами внутри материала-хозяина. Правила смешивания материалов представляют собой набор алгебраических формулировок, предназначенных для расчета эффективной диэлектрической проницаемости (εeff) включений или частиц внутри смеси на основе индивидуальных диэлектрических проницаемостей частиц, а также их фракционных объемов. Эти правила смешивания различаются в зависимости от нескольких факторов, таких как структура или геометрия частиц (сфера, эллиптическая, дисковая, кубическая, цилиндрическая, стержневая, игольчатая или любая случайная форма) и их распределение внутри материала-хозяина (выровненное или случайное распределение). ). Геометрия частиц внутри основного материала определяет изотропные или анизотропные свойства материала. Например, сферическое включение считается изотропным, поскольку εeff, оцениваемый в направлениях x, y и z, остается неизменным. Это связано с тем, что сфера симметрична, из-за чего индуцированное электрическое поле внутри частицы однородно, что делает поляризуемость (α) скалярной величиной. С другой стороны, в случае анизотропных частиц εeff является тензором и оценивается в каждом направлении приложенного электрического поля. Как правило, для антенн или других микроволновых устройств εeff оценивается в направлении z. Однако характеристика материала по его εeff в направлениях x или y может быть важна в таких приложениях, как антенны с утечкой волны или в устройствах, где поверхностные волны имеют решающее значение для работы системы. Представлено несколько работ по управлению диэлектрической проницаемостью материала для различных приложений, таких как многодиапазонные решетки и интегрированные системы [4]–[9]. Идея использования перфорации для управления эффективной диэлектрической проницаемостью интегрированного в подложку направляющего изображения (SIIG) была впервые описана в [4], [5]. Цилиндрические металлические частицы внедрялись в среду-хозяин в [7] для изменения общей диэлектрической проницаемости материала подложки и для настройки частоты микрополосковой патч-антенны. В [8] представлены линейно-конические щелевые антенны для диапазонов 30 и 94 ГГц на синтезированной низкодиэлектрической перфорированной подложке. В [9] представлена антенна вытекающей волны на основе диэлектрического слоя с периодическими перфорациями, перекрывающими полосу частот 96−108 ГГц. Выбор правильного материала печатной платы (ПП) очень важен как для микроволнового, так и для миллиметрового диапазонов частот. Основными потерями, связанными с материалами печатных плат, являются: радиационные потери, диэлектрические потери, потери в проводнике и потери на поверхностных волнах. Ни одним из этих потерь нельзя пренебречь на частотах миллиметрового диапазона, особенно потерями в проводнике, которые становятся значительными на частотах миллиметрового диапазона. Для достижения оптимальных характеристик печатной платы при любой частоте работы оценивают несколько факторов: диэлектрическую проницаемость (εr), тангенс угла потерь (tanδ), шероховатость меди, коэффициент теплового расширения (КТР), влагопоглощение и толщину материала [10]. Однако на высоких частотах некоторые из этих факторов, такие как εr, tanδ, шероховатость меди и толщина материала, становятся более важными [11]. На микроволновых частотах можно использовать материал с высоким εr (8-500) для достижения миниатюризации схемы [12]. Однако на частотах миллиметрового диапазона предпочтение отдается материалу с низким значением εr (2–4), чтобы уменьшить потери в материале (tanδ). Потери в проводнике, связанные либо с обработкой поверхности материала, либо с шероховатостью меди, становятся критическими на частотах миллиметрового диапазона. Потери от шероховатости меди напрямую связаны с частотой работы по глубине скин-слоя. На более высоких частотах эти потери значительны, поскольку значение глубины скин-слоя становится меньше, чем шероховатость меди. Кроме того, толщина печатной платы также является очень важным фактором при выборе материала. Например, на более высоких частотах толстые материалы склонны к значительным потерям излучения по сравнению с тонкими материалами. Но в то же время в тонких материалах преобладают потери в проводнике. Поэтому для использования на частотах миллиметрового диапазона настоятельно рекомендуется выбирать тонкий материал с меньшей шероховатостью поверхности меди, а не толстый материал с низкими потерями в проводнике, но с более высокими потерями на излучение [11]. По мере увеличения частоты приложений требуются доступные и высокопроизводительные подложки. В военных приложениях подложки из политетрафторэтилена (ПТФЭ) считались одним из лучших материалов для радиочастотных приложений. Подложки на основе тефлона или ПТФ обеспечивают очень низкий тангенс δ (0,0018 на частоте 10 ГГц) и обладают высокой химической стойкостью, малым водопоглощением и устойчивостью к высоким температурам [13]. Однако, когда приложения требуют высокопроизводительных подложек, таких как ПТФЭ, эти подложки имеют ограничения по стоимости. Например, ПТФЭ в десять раз дороже эпоксидного стекла (FR4) и в пять раз дороже материалов на основе керамики. Кроме того, ПТФЭ требует дополнительной подготовки для обеспечения хорошей адгезии для многослойных печатных плат. Кроме того, обычные подложки из ПТФЭ мягкие, а КТР обычных подложек из ПТФЭ очень высоки (от 180 до 205 частей на миллион/°C) [13]. Предлагаемый метод позволяет использовать существующие недорогие материалы, которые обеспечивают превосходные тепловые свойства и отличную совместимость с многослойным производственным процессом, чтобы получить высокие радиочастотные характеристики с точки зрения желаемых значений εeff и tanδ для антенных применений. В этой статье предложенный метод основанный на теории смешивания Максвелла-Гарнетта, используется для получения недорогого материала с высокими радиочастотными характеристиками из существующих высокотермостабильных и совместимых материалов. Представлен полный набор расчетных уравнений для определения желаемого εeff как изотропных, так и анизотропных частиц. Для анизотропной цилиндрической частицы анализируется несколько моделей εeff, и их производительность сравнивается с результатами моделирования. Анализ диэлектрической проницаемости как для изотропного, так и для анизотропного случаев тщательно изучен, включая влияние направления возбуждения: x-, y- и z-направления. Кроме того, исследуется влияние поляризации падающего поля на εeff. Подробные требования к материалам и процедуры проектирования обсуждаются как для микроволновых, так и для миллиметровых волн. Предложенный материал перфорированного диэлектрического сердечника изготавливается, а результаты моделирования и измерений используются для проверки. Получено отличное согласие между результатами моделирования и измерениями. Для проверки концепции материал Rogers 4350B загружается цилиндрическими частицами воздуха и тестируется в микроволновом S-диапазоне. Было получено снижение значений εeff на 45% и тангенса угла потерь на 38%. Результаты также подтверждены в W-диапазоне миллиметровых волн путем загрузки RO3003 дополнительными цилиндрическими частицами воздуха, демонстрирующими снижение значений εeff и tanδ на 32% и 72% соответственно. …………… ВЫВОД В этой статье предложенный метод, основанный на теории смешивания Максвелла-Гарнетта, используется для получения высокоэффективного радиочастотного материала из существующего высокотермостабильного и совместимого материала. Представлен полный набор расчетных уравнений для определения желаемого εeff как изотропных, так и анизотропных частиц. Анализ диэлектрической проницаемости как для изотропного, так и для анизотропного случаев тщательно изучен, включая влияние направления возбуждения, а также поляризации падающего поля на εeff. Подробные процедуры проектирования и требования обсуждаются как для микроволновых, так и для миллиметровых волн. Несколько аналитических моделей обсуждаются и оцениваются на предмет их производительности. Выделена и использована наиболее точная модель для нахождения εeff анизотропной цилиндрической частицы при любом направлении возбуждения, а также при любой поляризации падающего поля. Опираясь на все преимущества существующих материалов подложек, предлагаемый метод может быть использован для получения желаемых более низких значений εr и tanδ. Таким образом, можно использовать недорогие материалы в качестве высокоэффективных радиочастотных подложек для приложений, требующих высокой эффективности антенны, совместимости с многослойными печатными платами и высокой термостойкости. Для проверки концепции образцы были изготовлены и испытаны в диапазоне S на частоте 3,5 ГГц, а также в диапазоне W на частоте 77 ГГц. Снижение значений εeff и тангенса угла потерь на 45% было получено в S-диапазоне, а уменьшение εeff и tanδ на 32% и 72% соответственно в W-диапазоне. Было получено отличное совпадение результатов моделирования, расчетов и измерений.

2020

Высокочастотное расширение материалов для микроволновых диэлектриков с ТЕ-модой привлекает все больше и больше внимания исследователей из-за растущего спроса на фильтры, диэлектрические резонаторные антенны и т. Д. 1-3 Свойства низкой диэлектрической проницаемости (εr), высокой добротности Q × f), и близкий к нулю температурный коэффициент резонанса (τf ) требуются для микроволновой диэлектрической керамики. 9, Li7Ti3O9F, CaLa4Si3O13 и Li4WO5. 7-13 Однако для удовлетворения потребностей быстро развивающихся 5G (беспроводных систем пятого поколения) и IoT (Интернета вещей) новый диэлектрический керамический материал с низкими потерями все еще нуждается в исследовании. Сообщалось, что микроволновая диэлектрическая керамика системы AO-Ln2O3-TiO2 (Ln = редкоземельный элемент) обладает высокой диэлектрической проницаемостью и превосходными свойствами. Q × f = 46 000 ГГц, τf = −11 ppm/°C.14 Впоследствии Тохдо и др. подготовили керамику с диэлектрическими свойствами ALa4Ti4O15 (A = Ba, Sr и Ca), и о ее свойствах было сообщено.15 Но исследований мало. на диэлектрической керамической системе Ln2O3-TiO2. Ли и др. сообщили, что La4Ti3O12 и Eu4Ti3O12, изготовленные золь-гель методом, обладали полезными свойствами: εr = 19,68, Q × f = 9950 ГГц, τf = -9,95 ppm/°C и εr = 27,51, Q × f = 9450 ГГц, τf = 211 ppm/°C соответственно.16,17 В частности, в спеченных образцах Eu4Ti3O12 обнаружены две фазы Eu2TiO5 и Eu2Ti2O7. Однако микроволновые диэлектрические свойства чистой фазы Eu2TiO5 не исследовались. Кроме того, теория химической связи P-V-L использовалась для изучения внутренних факторов диэлектрических свойств. Например, Ян и др. рассчитали характеристики связи NdNbO4 с замещением ионами (Zr0,5W0,5) 5+ и сообщили, что ковалентность узла Nb, энергия решетки и энергия связи тесно связаны с микроволновыми диэлектрическими свойствами.18 Чжан и др. сообщили, что диэлектрическая проницаемость, добротность и температурный коэффициент резонанса La2(Zr1-xTix)3(MoO4)9 хорошо согласуются с иконичностью связи, энергией решетки и коэффициентом теплового расширения в зависимости от замещения Ti4+ соответственно. 19 Кроме того, теория ПВЛ использовалась также для Y2MgTiO6, Mg2(Ti1-xSnx)O4, Gd2Zr3(MoO4)9 и др.20-24 Было целесообразно рассчитать параметры химической связи керамики Eu2TiO5 с использованием теории ПВЛ. В данной работе чистофазная керамика Eu2TiO5 была приготовлена традиционным твердотельным методом. Исследованы фазовый состав, характеристики спекания, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. Кроме того, внутренние факторы диэлектрических свойств были исследованы с помощью теории химической связи P-V-L и спектроскопии отражения в дальней инфракрасной области. …………… ВЫВОДЫ В данной работе керамика Eu2TiO5 была получена по твердофазной реакции. Рентгенофазовый анализ и уточнение Ритвельда показали наличие чистой орторомбической фазы с пространственной группой Pnam (62) при 1200-1400°C. Кроме того, собственные диэлектрические свойства были исследованы с помощью теории химической связи P-V-L и спектроскопии отражения в дальней инфракрасной области. εr в основном объясняли иконичностью связи Eu–O, тогда как Q × f был тесно связан с энергией решетки и энергией связи связи Ti–O. Важным фактором τf для керамики Eu2TiO5 был коэффициент теплового расширения связи Ti–O. Спектр отражения в дальней инфракрасной области показал, что основной поляризационный вклад в основном обусловлен поглощением структурных фононных колебаний в инфракрасной области. Отличные микроволновые диэлектрические свойства εr = 14,4 ± 0,2, Q × f = 21 000 ± 500 ГГц и τf = -10 ± 2 ppm/°C были получены для керамики Eu2TiO5, спеченной при 1300°C в течение 6 часов.

2020

Новое соединение типа каменной соли, а именно Li3MgNbO5, было впервые синтезировано с использованием традиционного двухстадийного процесса спекания. Продукты были охарактеризованы с помощью рентгеновской дифракции (XRD), просвечивающей электронной микроскопии (TEM), сканирующей электронной микроскопии (SEM), а также термодилатометра и анализатора цепей. Керамика Li3MgNbO5, спеченная при 1260°C, имеет кубическую структуру с пространственной группой Fm-3m и демонстрирует превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне (MDP) er = 16,2, Q f = 96796 ГГц и TCF = -24,8 ppm/C. Результаты подгонки инфракрасного спектра показали, что диэлектрическая поляризация Li3MgNbO5 в микроволновом диапазоне частот обусловлена фононным поглощением в инфракрасном диапазоне. Кроме того, отрицательное значение ВКФ керамики Li3MgNbO5 было компенсировано традиционным компенсатором ВКФ * CaTiO3. Почти нулевое значение TCF в композитной керамике 0,96Li3MgNbO5–0,04CaTiO3 с er = 18,4 и высокой Q 9 f = 86625 ГГц было достигнуто значение 1,2 ppm/C, обладающее большим потенциалом для применения в системах микроэлектроники. Введение Диэлектрическая керамика с прекрасным сочетанием диэлектрических свойств, делающих ее пригодной для применения в системах СВЧ-связи в качестве резонаторов, фильтров и подложек антенн, активно изучалась в последние полвека [1–3]. Для приложений диэлектрическая керамика требует низких диэлектрических потерь или высокой добротности (Q 9 f), близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты (TCF) и соответствующей относительной диэлектрической проницаемости (er). С продвижением беспроводной связи в сторону высокочастотного микроволнового и миллиметрового диапазона очень востребована микроволновая керамика с более высокой добротностью [4, 5]. Некоторые диэлектрические керамики с малыми потерями, такие как Al2O3, Mg2SiO4, Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 и Ba(Zn1/3Ta2/3)O3, нашли применение в системах микроэлектроники в последние десятилетия [6–9]. Однако проблемы высокой температуры спекания (> 1300 C) и дороговизны сырья (Ta2O5) не позволяют в долгосрочной перспективе коммерциализировать эти диэлектрики. Поэтому становится все более интересным разработать микроволновую диэлектрическую керамику, которая нетоксична, имеет низкую стоимость в сочетании с высокими значениями добротности. В последние годы большое внимание привлекают микроволновые диэлектрические материалы тройной системы Li2O–MgO–TiO2 с кубической структурой каменной соли благодаря их высоким значениям добротности и низкой стоимости [10–18]. Такие тройные соединения типа каменной соли фактически можно рассматривать как твердые растворы, образованные Li2TiO3–MgO. В 1979 году А.Р. Уэст обнаружил фазовый переход из моноклинной фазы Li2TiO3 в кубическую фазу MgO, когда x превышал 0,4 в системе (1-x)Li2TiO3–xMgO [19]. После этого сообщалось о серии твердых растворов типа MgO [(MgO)ss] с пространственной группой Fm-3m, таких как Li2MgTiO4 (0,5Li2-TiO3-0,5MgO), Li4Mg3Ti2O9 (0,4Li2TiO3-0,6MgO), Li2Mg2TiO5 (1/3Li2TiO3-2/3MgO), Li6Mg7Ti3O16 (0,3Li2TiO3- 0,7MgO), Li2Mg3TiO6 (0,25Li2TiO3-0,75MgO), Li2Mg4TiO7 (0,2Li2TiO3-0,8MgO) [11–16] Особо следует отметить увеличение значений Q f для упомянутой выше (MgO)ss по крайней мере на 49,6% по сравнению с чистой керамикой Li2TiO3. Причина может заключаться в том, что микротрещина и плоскость спайности (001) исчезли при образовании (MgO)ss, что привело к значительному снижению диэлектрических потерь [20]. Аналогичные результаты были получены и в системах Li2SnO3–MgO и Li2ZrO3–MgO [21–24]. Li3NbO4 относится к кубической структуре каменной соли с пространственной группой I-43 m, обладающей хорошими МДП er = 16,4, Q 9 f = 47179, sf = - 45 ppm/C [25]. Следовательно, в системе Li3NbO4–MgO можно было бы ожидать широкий спектр твердых растворов из-за их одинаковой кристаллической структуры и близких ионных радиусов Li (0,76 Å), Mg2 (0,72 Å), а Nb5 (0,64 Å). Биан и др. исследовали структурную эволюцию и МДП системы Li3-3xMg4xNb1-xO4 с переходом симметрии кристалла от кубического порядка (I-43 m) к неупорядоченной кубической фазе (Fm-3 m) при 0,01 B x \ 1/3; при этом образовалось промежуточное соединение Li3Mg2NbO6 с орторомбической структурой при x = 1/3 состава [26]. В настоящей работе была разработана и изготовлена новая керамика твердого раствора Li3-MgNbO5 (0,5Li3NbO4 - 0,5MgO) методом твердофазного спекания. Кристаллическую структуру и МДП оценивали вместе с их микроструктурой. Кроме того, для исследования их собственных диэлектрических свойств была проведена инфракрасная спектроскопия отражения. ……………… Выводы В этой работе новая керамика Li3MgNbO5 типа каменной соли была изготовлена методом твердофазного спекания. Уточнения Ритвельда, картина SEAD и HRTEM подтвердили, что Li3MgNbO5 кристаллизовался в кубической структуре каменной соли с пространственной группой Fm-3m. Эволюция микроструктур соответствовала тенденции изменения относительной плотности и MDP. Оптимальные МДП с er 16,2, Q f 96796 ГГц и значением TCF -24,8 ppm/C были получены при 1260 C/4 ч для керамики Li3MgNbO5. Результаты подгонки спектров инфракрасного отражения оказались очень близкими к измеренным. Наконец, температурной стабильности керамики противодействовал CaTiO3, и полученный 0,96Li3MgNbO5–0,04CaTiO3 обладал удовлетворительными всесторонними диэлектрическими характеристиками (er = 18,4, Q f = 86625 ГГц и TCF = ≥ 1,2 ppm/C).

2020

Твердые растворы BaCu2-xCoxSi2O7 с орторомбической структурой (Pnma) были приготовлены методом твердофазной реакции. Исследован процесс фазового синтеза, структурная эволюция и микроволновые диэлектрические свойства керамики BaCu2-xCoxSi2O7. Единая фаза BaCu2Si2O7 была получена при прокаливании при 950 oC в течение 3 часов и распалась на фазу BaCuSi2O6 при прокаливании при 1075 oC в течение 3 часов. Процесс спекания эффективно ускорялся, когда Cu 2+ заменяли Co2+, а максимальная растворимость BaCu2-xCoxSi2O7 находилась между 0,15 и 0,20. Теория комплексной химической связи P-V-L и спектры комбинационного рассеяния использовались для объяснения корреляций структура-свойство керамики BaCu2-xCoxSi2O7. Скорректированная диэлектрическая проницаемость (εr-корр) керамики BaCu2-xCoxSi2O7 монотонно уменьшалась с увеличением восприимчивости (Σχ μ) и ионной поляризуемости примитивной элементарной ячейки. Коэффициент качества (Q×f) увеличивался с увеличением прочности связи и энергии решетки (Ucal), особенно энергии решетки связи Si-O. Температурный коэффициент резонансной частоты (τf) определялся восприимчивостью и энергией решетки связи Cu/Co-O. Следующие оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были получены при x = 0,15 при спекании при 1000 oC в течение 3 часов: εr = 8,45, Q×f = 58958 ГГц и τf = -34,4 ppm/oC. Введение СВЧ диэлектрическая керамика используется в диэлектрических резонаторах, фильтрах, подложках и т. д. [1]. Для систем беспроводной связи 5G требуются высокая частота, малая задержка, малые потери электронных устройств и миниатюризация; количество электронных устройств резко увеличилось из-за высокой скорости передачи и короткого расстояния передачи сигнала 5G [2]. Микроволновая диэлектрическая керамика с низкой диэлектрической проницаемостью, высокой добротностью и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты необходима для беспроводной связи 5G для достижения высокой скорости передачи сигнала, хорошей избирательности сигнала и отличной температурной стабильности [3]. Поэтому был исследован ряд микроволновых диэлектрических керамик с низкой диэлектрической проницаемостью [4-6]. Силикаты и проростки мелилитового типа проявляют множество новых свойств, таких как сегнетоэлектричество, ферромагнитное и отрицательное тепловое расширение [7-9]. Два различных соединения типа мелилита, а именно, A2BC2O7 и AB2C2O7 (A = Ca, Sr, Ba; B = Mg, Zn, Co, Ni, Mn, Cu и C = Si, Ge), определяются относительным количеством A -сайты и Bсайт-ионы. Себастьян и др. В работе [10] систематически исследованы микроволновые диэлектрические свойства керамики (Sr1-xA)2(Zn1-xBx)Si2O7 (A = Ca, Ba и B = Mg, Co, Ni, Mn). В твердых растворах (Sr1-xBax)2ZnSi2O7 наблюдался фазовый переход от тетрагональной к моноклинной, а оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были получены для Sr2ZnSi2O7 (εr = 8,40, Q×f = 105000 ГГц и τf = -51,5 м.д./oC). Сяо и др. [11,12] выявили корреляции между кристаллической структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики A2MgSi2O7 (A = Ca, Sr) с использованием теории сложной химической связи. Ли и др. В работе [13] сообщается о микроволновых диэлектрических свойствах керамик Ba2MgGe2O7 и Ba2ZnGe2O7, которые демонстрируют тетрагональную структуру типа мелилита. До настоящего времени большое внимание уделялось СВЧ-диэлектрической керамике мелилита типа A2BC2O7, однако микроволновые диэлектрические свойства мелилитной керамики типа AB2C2O7 редко изучались. В предыдущей работе мы исследовали взаимосвязь между кристаллической структурой, энергией решетки и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики BaCo2Si2O7 и обнаружили, что она обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = 9,26, Q×f = 31135 ГГц и τf = -92,1 ppm/oC). Разница в кристаллической структуре между A2BC2O7 и AB2C2O7 заключается в способе соединения между [BO4]2- и [C2O7]6-. Группа [C2O7]6- и тетраэдры [BO4]2- в A2BC2O7 соединяются друг с другом в плоскости а-с; поэтому A2BC2O7 показывает слоистую структуру, а A 2+ располагается между двумя слоями. Для AB2C2O7 тетраэдры [BO4]2- соединяются друг с другом в плоскости а-с и образуют цепочку [BO4]2-. Цепочка [BO4]2- в плоскости а-с соединяется с группой [C2O7]6- в плоскости а-b и образует скелетную структуру. Наконец, многогранная щель заполняется A2+.[CuO4] 2- представляет собой не тетраэдрическую, а прямоугольную плоскость в BaCu2Si2O7 из-за особенностей внеядерного распределения электронов Cu. BaCu2Si2O7 стал центром исследований ферромагнетизма из-за его интересной кристаллической структуры [14], но о его диэлектрических свойствах еще не сообщалось. В этой работе была приготовлена и охарактеризована керамика BaCu2-xCoxSi2O7 мелилитового типа. Процесс фазового синтеза характеризовали методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и термогравиметрии (ТГ). Энергия решетки, восприимчивость связи и коэффициент линейного теплового расширения были рассчитаны на основе теории сложной химической связи. Взаимосвязь между микроструктурой, кристаллической структурой, энергией решетки и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики BaCu2-xCoxSi2O7 также была систематически исследована впервые. ………………… Вывод Ряд твердых растворов BaCu2-xCoxSi2O7 (x = 0-0,15) готовили методом твердофазной реакции. Единую фазу BaCu2Si2O7 можно получить при прокаливании при 950 oC в течение 3 часов. Однако при повышении температуры прокаливания до 1075 oC в качестве второй фазы появляется BaCuSi2O6. Максимальная растворимость BaCu2-xCoxSi2O7 находится между 0,15 и 0,20. Когда Cu2+ был заменен Co2+, изменение параметров ячейки a, b и c представляет собой анизотропную тенденцию. Уменьшение параметров ячейки a было вызвано растяжением цепей [Cu/CoO4]2- вдоль оси c. В диэлектрической проницаемости преобладали относительная плотность и ионная полярность. Скорректированная диэлектрическая проницаемость уменьшалась с уменьшением ионной поляризуемости и полной восприимчивости (Σχ μ). Изменение добротности сильно зависело от средней длины связи и энергии решетки и возрастало до максимального значения при x = 0,15. Температурный коэффициент резонансной частоты показал тесную корреляцию с восприимчивостью связи Cu/Co-O и устойчивостью связи Cu/Co-O. С увеличением значения x увеличивается средняя длина связи и восприимчивость связи Cu/Co-O. Таким образом, стабильность связи Cu/Co-O уменьшалась, а температурный коэффициент резонансной частоты уменьшался со значением x. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были получены при x = 0,15 при спекании при 1000 oC в течение 3 ч: εr = 8,45, Q×f = 58958 ГГц и τf = -34,4 ppm/oC.

2020

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.

2020

Керамика (Zn1xMnx)TiTa2O8 (0x0,1) была первоначально приготовлена твердотельным методом. Исследовано влияние ионов Mn2+ на кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства этой трирутильной системы. С помощью порошковой рентгеновской дифракции и анализа микрофотографий СЭМ было установлено, что Mn2+ используется для регулирования процесса фазового превращения между двумя типами рутилоподобных структур (трирутил и иксиолит) с противоположными температурными характеристиками, что позволяет достичь улучшения температурной стабильности в этом случае. система. При легировании 0,08 мол. % Mn2+ состав (Zn0,92Mn0,08)TiTa2O8 показал близкое к нулю значение sf 3,4 ppm/C, при этом диэлектрическая проницаемость составила 40,2, а значение Q f — 31 950 ГГц, что указывает на то, что эта керамическая система была перспективный материал для микроволновых приложений Введение В последние десятилетия микроволновые диэлектрические керамические материалы исследовались для использования в компонентах беспроводной связи, таких как резонаторы, антенны, дуплексеры и генераторы. Чтобы использовать их на микроволновых частотах, микроволновые диэлектрические материалы должны обладать высокой диэлектрической проницаемостью (er), высокой добротностью (Q f) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (sf), которые желательны для минимизации микроволнового контура. составляющая, максимальная интенсивность сигнала и адаптация к изменению температуры окружающей среды [1–6]. И в настоящее время многие из них известны своими превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами. В последнее время большое внимание привлекают тройные системы АО-BO2-C2O5 (A = Zn, Mg, Co, Ni, Mn; B = Ti, Zr; C = Nb, Ta) из-за их хороших диэлектрических свойств [7–12]. Являясь одним из наиболее перспективных диэлектриков для СВЧ-приложений, керамика ZnTiTa2O8 трирутильного типа обладала значительно высокой диэлектрической проницаемостью в сочетании с относительно низкими потерями (er ~ 46,2, Q f ~ 36 700 ГГц, sf ~ +74 ppm/C) [11,12]. Однако керамика ZnTiTa2O8 показала относительно высокие значения sf, что часто ограничивает их практическое применение. Обычно методы получения температурно-стабильных микроволновых диэлектрических материалов представляют собой комбинирование двухкомпонентных материалов с противоположными значениями sf или замещение ионами. По сравнению с первым методом второй метод обычно не разрушает микроволновые диэлектрические свойства образцов [13–15]. Например, при частичной замене Zn2+ на Mn2+ будут получены термостойкие микроволновые диэлектрические материалы Zn0,9-Mn0,1ZrNb2O8 [16]. Представляет интерес исследование влияния замещения Mn2+ на микроволновые диэлектрические свойства керамического ряда ZnTiTa2O8. В данном исследовании исследовалась кристаллическая структура, микроструктура и микроволновые диэлектрические характеристики керамики (Zn1xMnx)TiTa2O8. Значения sf изучались также в зависимости от энергии решетки. …………… Вывод Керамика (Zn1xMnx)TiTa2O8, спеченная при 1220°С в течение 3 ч, была успешно синтезирована твердофазным методом. Обсуждается влияние замещения Mn2+ на микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства (Zn1xMnx)TiTa2O8. При х 0,02 образовалась иксиолитовая фаза, которая резко увеличилась. Значения диэлектрической проницаемости и Q f постепенно уменьшались по мере увеличения x, что приводило к появлению иксиолитовой фазы. Значение sf значительно падало с увеличением содержания Mn и энергии решетки. Наконец, для x = 0,08 была получена новая термостабильная керамика.

2020

В этой статье термостойкая микроволновая композитная керамика Y3MgAl3SibO12-TiO2 была впервые изготовлена методом высокотемпературной твердофазной реакции. Подробно исследовано влияние температуры спекания, микроструктуры на микроволновые диэлектрические свойства Y3MgAl3SiO12 при легировании TiO2. Добавление TiO2 снизило температуру спекания керамики и улучшило распределение зерен по размерам. Отрицательный температурный коэффициент резонансной частоты (τf = −32 ppm/°C) Y3MgAl3SiO12 был доведен до близкого к нулю значения. Керамика 0,8Y3MgAl3SiO12-0,2TiO2, спеченная при 1475 °C в течение 6 ч, достигла оптимальных диэлектрических свойств в микроволновом диапазоне: εr = 12,2, Q × f = 21050 ГГц, τf = +5,2 ppm/°C, что свидетельствует потенциальный кандидат на диэлектрическую патч-антенну и подложку. Введение С развитием Интернета вещей, Интернета+, связи 5G и многоканальных коммуникационных технологий новые коммуникационные технологии требуют более высокой скорости передачи и более высокого качества сигналов, что приводит к срочной разработке новых микроволновых диэлектрических керамических материалов [1–3]. В частности, керамические материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 15), более высокой добротностью (Q × f > 10000 ГГц) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf = ± 10 ppm/°C) являются предметом исследований. Силикатная керамика и композиты, в том числе виллемит [4], пироксен [5], кордиерит [6], Mg2SiO4–CaTiO3 [7] и муллит-SiC [8], представляют собой ряд важных и перспективных микроволновых диэлектрических керамик для связи 5G. Сонг и др. впервые сообщил о микроволновых диэлектрических свойствах керамики Y3MgAl3SiO12 типа чистого фазового граната с εr = 10,1, Q × f = 57 340 ГГц, τf = −32 ppm/°C [9]. Однако τf Y3MgAl3SiO12 отрицательна, а не близка к нулю. Сообщалось, что значение τf виллемита и кордиерита настраивается до нуля при добавлении TiO2 с положительным τf (+460 ppm/°C) [10,11]. Однако для большинства силикатных керамик было трудно настроить τf до нуля либо за счет смешивания конечных элементов с отрицательным и положительным τf, либо за счет образования твердого раствора в результате высокотемпературной твердофазной реакции, например, форстеритовой и муллитовой керамики [12–14]. При этом, чтобы подогнать τf Y3MgAl3SiO12 близко к нулю, для формирования новой композитной керамики был выбран TiO2 с положительным τf. Изучены микроструктурные микроволновые диэлектрические свойства Y3MgAl3SiO12–TiO2 в зависимости от температуры спекания и количества TiO2. ……………… Выводы Композитную керамику (1-x)Y3MgAl3SiO12-xTiO2 получали методом высокотемпературной твердофазной реакции. Добавление TiO2 снизило и расширило температуру спекания и диапазон композиционной керамики. Рентгенограммы показали, что при добавлении TiO2 основной кристаллической фазой по-прежнему является Y3MgAl3SiO12, а появляются вторые фазы Y2Ti2O7 и TiO2. С увеличением количества TiO2 температура уплотнения и Q×f снижались, а εr и τf увеличивались. Были достигнуты оптимизированные микроволновые диэлектрические свойства керамики YMAST05, спеченной при 1550 °C: εr = 10,7, Q×f = 42,242 ГГц, τf = -25,40 ppm/°C. Керамика YMAST10 Керамика YMAST05 показала оптимизированные микроволновые диэлектрические свойства после спекания при 1525 °C: εr = 11,0, Q×f = 39,929 ГГц, τf = -20,16 ppm/°C. Керамика YMAST15 достигла оптимизированных микроволновых диэлектрических свойств при 1525 °C: εr = 11,3, Q×f = 31,195 ГГц, τf = -10,69 ppm/°C. Керамика YMAST20 достигла оптимизированных микроволновых диэлектрических свойств при 1475 °C: εr = 12,2, Q × f = 21 050 ГГц, τf = +5,2 ppm/°C.

2020

Ce0,75Y0,25O1,875, новая микроволновая диэлектрическая керамика, которая показала высокие показатели качества и стабильный температурный коэффициент резонансной частоты, была успешно получена методом твердофазной реакции. После этого были исследованы поведение при спекании, кристаллическая структура и микроволновые диэлектрические свойства новой керамики. Керамика Ce0,75Y0,25O1,875 представляла собой одну фазу, индексированную как структура CeO2, которая принадлежала к пространственной группе Fm-3m (225) кубической системы. Размер зерна керамики Ce0,75Y0,25O1,875 был рассчитан для оценки роста зерна. Диэлектрическая проницаемость (εr) керамики Ce0,75Y0,25O1,875, которая могла отражать микроволновые диэлектрические свойства, находилась в зависимости от относительных плотностей. Значения Q × ƒ, которые можно объяснить долей упаковки и размером зерна, были дополнительно исследованы. Температурный коэффициент резонансной частоты (τƒ) керамики Ce0,75Y0,25O1,875 был связан с диэлектрической проницаемостью. Отличные микроволновые диэлектрические свойства новой керамики Ce0,75Y0,25O1,875 составили εr = 19,75, Q × ƒ = 96600 ГГц, τƒ = -22,53 ppm/°C. Введение Оксид церия (CeO2), являющийся отличным модификатором для улучшения микроволновых диэлектрических свойств, привлекал внимание многих исследователей [1–5]. В 2002 г. сообщалось о керамике CeO2 с εr = 24, Q × ƒ = 57000 ГГц, τƒ = −104 ppm/°C. Из-за больших отрицательных значений τƒ Kim et al. изучали корректировку значений τƒ TiO2 для получения температуростойкой микроволновой диэлектрической керамики за счет использования CeO2 [1]. Кроме того, добавка CeO2 также может быть использована для оптимизации фазового состава или роста зерен керамики с целью улучшения диэлектрических характеристик микроволнового излучения [2–5]. Для оптимизации роста зерен свойства керамики Ca0,6La0,8/3(Sn0,02Ti0,98)O3, Na1/2Sm1/2TiO3 и Mg2TiO4 были улучшены добавкой CeO2 [2–4]. В 2018 году сообщалось, что свойства керамики LaGaO3-SrTiO3 улучшаются за счет добавки CeO2, поскольку вторичная фаза эффективно подавляется [5]. Очевидно, что CeO2 был эффективной добавкой для улучшения микроволновых диэлектрических свойств. Поэтому было действительно необходимо наладить исследования керамики CeO2 и ее микроволновых диэлектрических свойств. В 2010 году сообщалось о керамике CeO2 с замещением ионами редкоземельных элементов, сопровождаемой анализом предела твердого раствора и микроволновых диэлектрических свойств [6]. Однако характеристики Y-замещенной керамики CeO2 были неудовлетворительными, которые еще не были глубоко изучены. В этой статье сообщалось о керамике Ce0,75Y0,25O1,875, которая была успешно синтезирована с использованием иона Y для замены иона Ce, с более высокими значениями Q и лучшими значениями τƒ. Кроме того, были также дополнительно изучены кристаллическая структура, рост зерен и микроволновые диэлектрические свойства. …………… Заключение. Был успешно получен новый тип микроволновой диэлектрической керамики Ce0,75Y0,25O1,875 с низкой диэлектрической проницаемостью, которая представляет собой термостабильную микроволновую керамику с высокими значениями Q × ƒ. Керамика Ce0,75Y0,25O1,875 имела структурные характеристики, сходные с CeO2, а объем их элементарной ячейки был зависим от температуры спекания. Температурная зона от 1400°С до 1500°С подходила для процесса спекания, а размер зерна достигал максимума при 1475°С. Значение εr зависело от относительной плотности и не сильно менялось в подходящем диапазоне температур спекания. Также не сильно изменились значения τƒ, связанные с диэлектрической проницаемостью. Значения Q × ƒ, на которые влияют размер зерна и доля упаковки, имели максимальное значение (96600 ГГц) при 1475 °С.

2020

Диэлектрические композиты CaTiO3-K2MoO4 (CTO-KMO) были успешно спечены в холодном состоянии при 150 ◦C в течение 30 мин при одноосном давлении 200 МПа. Рентгеновская дифракция, спектроскопия комбинационного рассеяния, SEM с обратным рассеянием и энергодисперсионное рентгеновское картирование подтвердили сосуществование CTO и KMO без признаков взаимодиффузии и паразитных фаз ни между двумя керамическими концевыми элементами, ни с внутренними электродами из Ag. По мере увеличения концентрации KMO температурный коэффициент резонансной частоты (TCF) и относительная диэлектрическая проницаемость (εr) уменьшались, но добротность микроволн (Q × f) увеличивалась. Близкий к нулю состав ВКФ был получен для композитов CTO-0,92KMO, которые показали εr ∼ 8,5 и Q × f ∼ 11000 ГГц. Была спроектирована и изготовлена микрополосковая патч-антенна с использованием холодного спекания CTO-0,92KMO в качестве подложки (40×40×1,4 мм), что дало s11 –14,2 дБ и эффективность излучения 62,0 % на частоте 2,51 ГГц. Введение Технология сотовой связи пятого поколения (5G) обеспечивает гораздо более быстрый и надежный широкополосный доступ с большей пропускной способностью и меньшим временем отклика. Однако для максимального использования частотных диапазонов, доступных для 5G, требуются новые микроволновые (MW) материалы. мс) и большей функциональностью, чем их аналоги 4G [1–5]. Задержка зависит от относительной диэлектрической проницаемости (r) керамики по формуле: tpd = √εr c , (1) где = расстояние передачи, c = скорость света в вакууме. Поэтому для антенн, резонаторов, фильтров, подложек и микрополосковых линий в устройствах связи 5G потребуются материалы с низкими диэлектрическими потерями и низким εr (<15), такие как оксид алюминия, силикаты, молибдат бораты и вольфраматы [6–14]. Однако керамика производится с использованием традиционной технологии спекания (> 1000 ◦ C) и, следовательно, не может быть напрямую интегрирована в полимерные печатные платы (ПП). Таким образом, чтобы совершить настоящую революцию в производстве ВЧ-компонентов для технологии 5G, необходимы интегрированные керамические компоненты, которые уплотняются при температурах ниже температуры плавления полимеров (обычно < 200 ◦C). До недавнего времени это считалось невозможным, но холодное спекание, разработанное группой Рэндалла с соавторами, способно уплотнять MW керамику и композиты при температуре < 200 ◦C, в том числе Li2MoO4 (LMO), MoO3, Na2Mo2O7 (NMO), K2Mo2O7, (LiBi)0.5MoO4, ЖМО-ПТФЭ, Al2SiO5-NaCl и ЖМО-BaFe12O19 [15–30]. Недавняя работа показала, что низкий температурный коэффициент резонансной частоты (TCF) (< r < 50) достигается в холодноспекшихся диэлектрических композитах LMO-Na0,5Bi0,5MoO4 и NMO (Bi0,95Li0,05)(V0,9Mo0,1)O4. керамики [31–33], но на сегодняшний день нет сообщений о материалах MW холодного спекания с близкой к нулю TCF, отвечающих требованиям технологии 5G, т.е. низкому εr и низким диэлектрическим потерям (tanı, высокому коэффициенту качества Q × f). В настоящей работе , концевые члены, CaTiO3 (CTO, εr = 160, TCF = +850 ppm/°C) [34] и K2MoO4 (KMO, εr = 6,37, TCF = -70 ppm/°C) [32], были выбраны для подготовить серию керамических композитов с перспективой получения материала с низким εr (<15), почти нулевым TCF и высоким значением Q × f, подходящего для подложек антенн 5G. …… Выводы Холодноспекшуюся СВЧ-керамику ХТО-КМО с относительной плотностью 89–100 % изготавливали при температуре 150 ◦С и одноосном давлении 200 МПа с выдержкой 30 мин. В композитной керамике присутствовали только фазы CTO и KMO, и не было никаких признаков химической реакции между двумя фазами с помощью XRD, SEM и спектроскопии комбинационного рассеяния. Паста Ag была введена в холодноспекшиеся образцы CTO-0,92KMO, и изображения BSE не показали признаков реакции на границе раздела между керамикой и электродом, что свидетельствует о хорошей совместимости для будущего изготовления более сложных интегрированных устройств. С увеличением массовой доли KMO уменьшались εr и TCF, а Q × f увеличивалась. Почти нулевая ВКФ +4 ppm/°C была получена в CTO-0,2KMO с εr ∼ 8,5 и Q × f ∼ 11000 ГГц. Была спроектирована и изготовлена микрополосковая патч-антенна с использованием в качестве подложки холодного спекания CTO-0,2KMO, работающая на частоте 2,51 ГГц с эффективностью излучения 62,0 %. Поэтому считается, что CTO-KMO холодного спекания обладает большим потенциалом для изготовления интегрированных устройств, непосредственно изготовленных на металлизированных печатных платах для приложений 5G.

2020

Керамика LiSmTa4O12 была приготовлена традиционным твердотельным методом и изучены ее микроволновые диэлектрические свойства. Керамика могла уплотняться при 1425°C~1525°C. Рентгеноструктурный анализ (XRD) показал, что LiSmTa4O12 является однофазным со структурой перовскита a с дефицитом A-сайтов, тогда как влияние температуры спекания слабое. Превосходные диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне εr = 59,60, Q × f = 7760 ГГц (на частоте 5,065 ГГц) и τf = +41,8 ppm/°C были достигнуты при спекании керамики при 1500°C в течение 4 часов, что означает, что керамика подходит для миниатюрных электронных устройств. Введение Поскольку структура устройства имеет тенденцию к интеграции и миниатюризации, современное оборудование беспроводной связи имеет тенденцию быть меньше по размеру и более эффективным. Это общеизвестно что высокая относительная диэлектрическая проницаемость (εr) хороша для миниатюризации оборудования, кроме того, для эффективной работы оборудования требуются высокая добротность и температурная стабильность [1,2]. Недавно была исследована керамика ZnTa2O6 со структурой рутила с высокими значениями добротности и превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами (Q × f = 87 580 ГГц, εr = 30,30 и τƒ = +9 ppm/°C) [3]. Ba3LaTa3O12 имеет структуру перовскитов с дефицитом катионов и превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с Q × f = 16 800 ГГц, εr = 39,4 и τƒ = -46 ppm/°C [4]. Были синтезированы литий-ионные проводники соединений перовскитного типа LiSmTa4O12, кристаллическая структура и литий-ионная проводимость которых были охарактеризованы Мидзумото [5]. Твердые растворы типа перовскита LiLaTa4O12 получены из La1/3TaO3 и имеют кристаллическую структуру, охарактеризованную Белоусом [6]. В данной работе керамика LiSmTa4O12 была приготовлена методом твердофазной реакции (ТТР). Кроме того, были исследованы поведение керамики при спекании, фазовый состав, микроструктура и диэлектрические свойства керамики в микроволновом диапазоне. …………… Вывод Исследованы микроволновые диэлектрические свойства керамики LiSmTa4O12 из перовскита с дефицитом А-позиции. В керамике обнаружена единственная тетрагональная фаза LiSmTa4O12, а наилучшие микроволновые диэлектрические свойства εr = 59,60, Q × f = 7760 ГГц и τƒ = +40,0 ppm/°C проявились при 1500 °C. Преимущество высокой относительной диэлектрической проницаемости делает его пригодным для небольших устройств связи.

2020

Керамика A0,75Ti0,75Ta1,5O6 (A]Ni, Co, Mg, Zn со структурой трирутила была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Кристаллические структуры изучали с помощью рентгеновской дифракции в сочетании с уточняющим анализом Ритвельда. На основе теории сложной химической связи и кристаллографических данных путем количественного расчета были получены некоторые основные характеристики химической связи, такие как ионность связи, энергия решетки, энергия связи и коэффициент теплового расширения сложной керамики A0,75Ti0,75Ta1,5O6. Результаты расчетов предоставили полезную информацию для выяснения корреляции между характеристиками химической связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики A0,75Ti0,75Ta1,5O6. Диэлектрическая проницаемость была тесно связана с ионностью связи TaeO, а значения Q×f коррелировали с энергией решетки связи TaeO. На значения τf влияли энергия связи связи TaeO и коэффициент теплового расширения связи AeO. Введение Диэлектрические материалы для СВЧ со средней диэлектрической проницаемостью (εr) и высоким коэффициентом добротности (Q) приобретают все большее значение в последние годы в связи с бурным развитием рынка мобильных телефонов и беспроводной связи [1]. По сравнению с различными СВЧ-диэлектрическими материалами со средней диэлектрической проницаемостью керамика ATiNb2O8 (A = Zn, Mg, Ni, Co и др.) обладает превосходными свойствами [2–7]. Учитывая, что ионные радиусы Ta5+(0,64 Å) близки к Nb5+(0,64 Å) [8], возможно изготовление СВЧ-диэлектрической керамики ATiTa2O8 аналогично ATiNb2O8. Например, Hongyu Yang et al. сообщил о новой структурированной керамике трирутилового типа Co0,5Ti0,5TaO4 с превосходными микроволновыми свойствами εr = 40,69, Q×f = 17 291 ГГц и τf = 114,54 ppm/°C. корреляции между кристаллической структурой и микроволновыми свойствами были объяснены на основе теории PVL, соотношения Клаузиуса-Моссотти и кислородных искажений октаэдра [9]. Однако, насколько нам известно, не проводилось специальных исследований корреляций между характеристиками связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами микроволновой диэлектрической керамики ATiTa2O8. Как известно, теория сложных химических связей, обычно применяемая к расчетам сложных кристаллов, может в той или иной степени объяснить многие основные свойства кристаллов. Он широко используется при анализе влияния внутренних факторов, таких как ионность связи, энергия решетки и энергия связи, на свойства микроволновой диэлектрической керамики [10–16]. Таким образом, в этом исследовании керамика A0,75Ti0,75Ta1,5O6 (A]Ni, Co, Zn и Mg) была приготовлена с помощью традиционного твердотельного реакционного метода, и корреляции между характеристиками химической связи (такими как ионность связи, энергия решетки, энергия связи и коэффициент теплового расширения) и микроволновые диэлектрические свойства были исследованы впервые. …………… Выводы Исследованы корреляции между характеристиками химической связи и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики A0,75Ti0,75Ta1,5O6(A]Ni, Co, Mg, Zn), полученной традиционным методом твердотельных реакций. Вся керамика A0,75Ti0,75Ta1,5O6 сохранила трирутиловую структуру и показала среднюю диэлектрическую проницаемость 39,01–43,35, высокие значения Q×f 18 320–25 051 ГГц и значения τf 75–87,6 частей на миллион/°C. Согласно результатам расчетов, связь TaeO обладает наибольшей ионностью связи, наибольшей энергией решетки и энергией связи, а связь AeO имеет наибольший коэффициент теплового расширения. Диэлектрическая проницаемость была тесно связана с ионностью связи TaeO. Значения Q×f зависели от энергии решетки связи TaeO. На значения τf влияли энергия связи связи TaeO и коэффициент теплового расширения связи AeO. Результаты анализа могут заложить теоретическую основу для будущих исследований керамики A0,75Ti0,75Ta1,5O6. Мы заявляем, что у нас нет финансовых и личных отношений с другими людьми или организациями, которые могут ненадлежащим образом повлиять на нашу работу, что у нас нет профессионального или иного личного интереса любого характера или вида в любом продукте, услуге и/или компании, который может быть истолкован как оказывающий влияние позиция, представленная в рукописи, или обзор, озаглавленный «Структура, характеристики связи и микроволновые диэлектрические свойства новой керамики A0,75Ti0,75Ta1,5O6 (A]Ni, Co, Zn и Mg) на основе теории комплексной химической связи».

2020

Ряд новых оксифторидов в бинарной системе (1-x)Li4WO5-xLiF (x = 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5) был получен с помощью обычного твердотельного керамического способа, и сообщалось об их микроволновых диэлектрических свойствах. Фазовое превращение из кубической формы в триклинную было подтверждено с помощью XRD, DTA и характеристики спектров комбинационного рассеяния. Температура фазового перехода (кубически-триклинная фаза) сдвигалась в сторону высоких температур с увеличением содержания LiF. Анализ ЭДС и картирование элементов подразумевают гомогенное распределение ионов F. В частности, когда x был равен 0,3 (химическая формула Li3.1W0,7F0,3O3,5), микроструктура Li4WO5 явно улучшалась и достигалась плотная микроструктура с высокой относительной плотностью (96,4%). Всесторонние микроволновые диэлектрические характеристики керамики Li3.1W0.7F0.3O3.5, спеченной при 930°C, были оптимальными: Q f = 71000 ГГц, εr = 16.6 и tf = 16.4 ppm/C. Спектры инфракрасного отражения показали, что собственная добротность керамики Li3.1W0.7F0.3O3.5 составляет 83000 ГГц. Введение В последнее время большое внимание уделяется диэлектрическим свойствам соединений каменной соли, содержащих литий, из-за их сверхнизких диэлектрических потерь в микроволновом диапазоне частот [1-8]. К сожалению, температура спекания (>960°C) большинства соединений каменной соли слишком высока для непосредственного использования в технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC), такой как Li2MnO3 и Li2MgTiO4. Поэтому необходимо добавлять спекающие добавки для снижения температуры спекания [1,3]. Добавление спекающих добавок не только снижает производительность и усложняет процесс, но также увеличивает возможность реакции с электродом [9–11]. Среди них сообщалось, что Li4WO5 с температурой спекания 890°С представляет собой низкотемпературную керамику с многообещающими микроволновыми диэлектрическими свойствами [8]. Тем не менее, получение хорошо спеченной керамики Li4WO5 с высокой плотностью и низкой пористостью для оптимизации диэлектрических свойств, связанных с фазовым переходом и улетучиванием Li в процессе высокотемпературного спекания, по-прежнему остается сложной задачей. В нашей предыдущей работе была проведена нестехиометрия с добавлением дополнительного Li в Li4WO5 для подавления улетучивания Li, что не только улучшило уплотнение Li4WO5, но и улучшило диэлектрические характеристики [12,13]. Сделан вывод, что снижение температуры спекания имеет решающее значение для снижения возможности улетучивания химических элементов. На сегодняшний день еще не сообщалось о влиянии фазового перехода на микроструктурные характеристики и макроскопические физические свойства. Добавление добавок для спекания (B2O3, MnO2 и LiF) с низкой температурой плавления является многообещающим и эффективным подходом к снижению температуры спекания керамики [14-16]. Здесь LiF был выбран в качестве вспомогательного средства для спекания Li4WO5 из-за его низкой температуры плавления (848 °C) и успешного снижения температуры спекания некоторых материалов, таких как Li2TiO3, Li3NbO4 [17,18]. Кроме того, LiF имеет ту же структуру каменной соли, что и Li4WO5, что позволяет образовывать твердый раствор. Кастелланос и др. сообщалось, что Li2TiO3 может образовывать твердые растворы с MgO, а температура фазового перехода из моноклинной в кубическую быстро увеличивается с увеличением содержания MgO [19]. Точно так же Li4WO5 может образовывать твердый раствор с LiF, и температура фазового перехода из кубической в триклинную может измениться. Если бы добавка LiF могла снизить степень упорядоченности и температуру спекания Li4WO5, то можно было бы получить твердые растворы кубической фазы. Поэтому ожидается получение новых оксифторидов в семействе каменных солей. В данной работе получен ряд оксифторидов в бинарной системе (1-x)Li4WO5-xLiF (x = 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5). Были подробно изучены фазовая эволюция, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства. …………… Выводы Керамики (1-x)Li4WO5-xLiF (x = 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5) получали обычным методом твердофазной реакции. Ряд новых оксифторидов в бинарной системе Li4WO5eLiF был получен путем добавления соответствующего количества LiF в Li4WO5. Температура фазового перехода (кубически-триклинная фаза) сдвигалась в сторону высоких температур с увеличением содержания LiF. Керамика Li3.1W0.7F0.3O3.5 (96,4%), спеченная при 930°C в течение 4 ч, может быть получена с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами (Q f = 71000 ГГц, εr = 16,6, tf = 16,4 ppm/C). Инфракрасные спектры отражения керамики Li3.1W0.7F0.3O3.5 показали, что добротность Li4WO5 резко улучшилась при легировании LiF. Таким образом, бинарная система Li4WO5eLiF была многообещающим кандидатом для применения в микроволновых электронных устройствах.

2020

Керамика Y2WO6 была изготовлена методом твердотельной реакции и исследована стабильность структуры, уплотнение, микроструктура и диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне частот. Y2WO6 кристаллизуется в моноклинной структуре и стабилизируется до 1500 ◦C, за пределами которой происходит разложение Y6WO12. Керамика Y2WO6 спекалась в компактный объем при 1450 ◦C, который характеризовался высокой относительной плотностью ∼ 97,6 % и плотной микроструктурой. Благоприятные диэлектрические характеристики были достигнуты при 1450 ◦ C с относительной диэлектрической проницаемостью εr ∼ 11,4, добротностью Q × f ∼ 42 380 ГГц (f = 8,6 ГГц) и температурным коэффициентом резонансной частоты τ f ∼ −49,0 ppm/◦C. Молекулярные свойства Y2WO6 позволяют предположить, что он может быть полезным материалом для диэлектрических резонаторов с малыми потерями. Введение Диэлектрические материалы для микроволнового излучения, как потенциальные кандидаты в качестве диэлектрических резонаторов, привлекательны для приложений в беспроводной связи. В последнее время быстрое развитие Интернета вещей (IoT) и беспроводных телекоммуникационных систем пятого поколения (5G) обеспечивает движущую силу для исследования высокоэффективных диэлектриков [1–5]. Дизайн и разработка новых микроволновых диэлектриков по-прежнему остается ключевой проблемой [6,7]. Как правило, для практического применения такие материалы должны обладать низкими диэлектрическими потерями (или высоким значением Q × f) для хорошего выбора частоты, низким значением τ f (|τ f | ≤ 10 ppm/°C) и соответствующей относительной диэлектрической проницаемостью ( εr) по различным сценариям применения [8–10]. В последнее время вольфраматы вызывают большой интерес в связи с их потенциальными применениями в оптоэлектронных и микроволновых телекоммуникационных системах [11–19]. Например, сообщалось, что AWO4 (A = Ba, Ca, Mg, Zn, Co и Ni) обладает великолепными диэлектрическими свойствами с εr = 8,1 ~ 17,6, Q × f = 24 900 ~ 69 000 ГГц и τ f = -78 ∼ −53 ppm/°C [16, 17]. Более того, некоторые литийсодержащие вольфраматы с изначально низкими температурами спекания были предложены в качестве перспективных кандидатов для применения в низкотемпературной керамике совместного обжига (LTCC), например, Li2WO4 (εr = 5,5, Q × f = 62 000 ГГц и τ f = −146 ppm/◦C) [18] и Li4WO5 (εr = 8,6, Q × f = 23 100 ГГц, τ f = −2,6 ppm/◦C) [19] Y2WO6 принадлежит к моноклинному семейству Re2WO6 (Re3+ = Ln3+ или Y3+) . Кристаллическая структура Y2WO6 была ранее исследована Боури [20]. Кристаллическая структура состоит из каркасов октаэдров WO6 с межузельными ионами Y, которые расположены в трех разных кристаллографических позициях, обозначенных как Y1, Y2 и Y3. Ионы Y1 и Y2 окружены восемью ионами O2-, образуя деканедрон YO8, которые имеют общие ребра друг с другом, образуя винтовые цепочки вдоль оси b, тогда как Y3 семикоординирован с ионами O2-. Y2WO6 широко изучался как люминесцентный материал [11, 21, 22] и, как сообщается, является самоактивирующимся люминофором [12, 15, 23]. На сегодняшний день не было предпринято целенаправленных усилий по исследованию диэлектрических свойств Y2WO6. Здесь была приготовлена керамика Y2WO6 и охарактеризованы диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне частот. ……………………… Выводы В этой работе керамика Y2WO6 с моноклинной структурой была успешно изготовлена с помощью простого твердотельного реакционного процесса и исследована с точки зрения кристаллической структуры, эволюции микроструктуры и микроволновых диэлектрических свойств. Моноклинная структура Y2WO6 оставалась стабильной в широком диапазоне 1200-1450 ◦C, но он разложился на Y6WO12 и WO3 при 1500 ◦C. Была получена хорошо уплотненная керамика, в которой были достигнуты высокие микроволновые диэлектрические характеристики с диэлектрической проницаемостью ∼ 11,4, Q × f ∼ 42 380 ГГц и τ f ∼ -49,0 ppm/°C. Необходимы дальнейшие усилия для реформирования процесса уплотнения (например, снижения температуры спекания) и регулирования температурной стабильности Y2WO6 с особым упором на поиск подходящих компенсаторов τf, которые имеют положительные значения τf и химически совместимы с Y2WO6.

2020

Новая керамика CaBiVMoO8 со структурой шеелита со средней диэлектрической проницаемостью была приготовлена методом твердофазной реакции. Было систематически исследовано влияние температуры спекания на фазовый состав, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики CaBiVMoO8. Уточнение рентгеновских данных Ритвельдом показало, что все образцы хорошо кристаллизовались в пространственной группе I41/a. Все образцы имели плотную морфологию зерен и различимые границы зерен. Взаимосвязь между микроволновыми диэлектрическими свойствами и объемной плотностью образцов при различных температурах спекания была дополнительно исследована. Кроме того, одним из важных факторов, влияющих на значения Q f керамики CaBiVMoO8, была энергия решетки. Температурный коэффициент резонансной частоты (tf) может незначительно зависеть от температуры спекания. Резюме Новая керамика CaBiVMoO8 со структурой шеелита со средней диэлектрической проницаемостью была приготовлена методом твердофазной реакции. Ожидалось, что керамика CaBiVMoO8 будет применяться в технологии низкотемпературного совместного обжига керамики. В данной работе керамика CaBiVMoO8 продемонстрировала отличные свойства после спекания при 850°C в течение 4 часов: εr ~ 40,55, Qf ~ 16670 ГГц, tf ~ +55,90 ppm/C. Введение LTCC — это передовая технология упаковки интегральных и гибридных схем, которая широко используется во многих областях, таких как высокочастотная беспроводная связь, оптический привод и аэрокосмическая промышленность [1e4]. С точки зрения сериализации диэлектрической проницаемости материалов и уменьшения размеров электронных компонентов большое значение имеет исследование и разработка керамических материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, которые можно обжигать совместно с электродными материалами с низкой температурой плавления. Большинство из них относятся к керамическим системам с промежуточной диэлектрической проницаемостью и отличными микроволновыми диэлектрическими свойствами, такими как BaTi4O9, Ba2Ti9O20 и ZnTa2O6. Однако большинство из перечисленных керамических систем спекаются при температурах выше 1300°С, что затруднительно для соблюдения условий низкотемпературного совместного обжига [5-7]. Для материалов с высокой собственной температурой спекания температуру спекания снижали путем добавления большого количества легкоплавких добавок, которые могли вызывать разную степень повреждения СВЧ-диэлектрических свойств [8-10]. Большинство существующих шеелитовых керамик относится к категории низкой диэлектрической проницаемости. CaMoO4 является одной из типичных керамических систем на основе шеелита. Микроволновые диэлектрические свойства керамик CaMoO4 составили εr ~ 11,7, Q f ~ 55000 ГГц, которые были спечены при 1100 °С в течение 4 ч [11]. Керамика BiVO4 с такой же структурой шеелита имела отличные микроволновые диэлектрические характеристики, εr ~ 68, Q f ~ 8000 ГГц при температуре спекания 820°С [12,13]. Низкие температуры спекания и близкие ионные радиусы сделали керамику CaMoO4 и BiVO4 привлекательными компонентами для разработки технологии LTCC [14–16]. Однако низкая диэлектрическая проницаемость шеелитовой керамики не способствует миниатюризации и современным радиолокационным и микроволновым коммуникационным приложениям. Требования к керамике со средней диэлектрической проницаемостью возрастают с развитием информационных технологий. Однако существует несколько диэлектрических керамических систем для микроволнового излучения с диэлектрической проницаемостью от 20 до 80, поэтому разработка и модификация новых промежуточных керамических систем привлекают все больше и больше внимания. В этой статье изобретение относится к новой шеелитной керамической системе со средней диэлектрической проницаемостью (CaBiVMoO8) с низкими диэлектрическими потерями и низкой собственной температурой спекания, которая была успешно получена посредством твердофазной реакции. Исследованы микроструктура, микроволновые диэлектрические характеристики и свойства спекания керамики CaBiVMoO8. Выводы Новая керамика CaBiVMoO8 со средней диэлектрической проницаемостью, низкой собственной температурой спекания и низкими диэлектрическими потерями была успешно получена методом твердофазной реакции. В данной работе систематически исследовано влияние температуры спекания на микроволновые диэлектрические характеристики, микроструктуру и кристаллическую структуру керамики CaBiVMoO8. Исследование показало, что диэлектрическая проницаемость, значения Q f и объемная плотность образцов имеют сходные тенденции в зависимости от температуры спекания. Энергия решетки была одним из важных факторов, влияющих на значения Q f керамики CaBiVMoO8. Значения tf керамики CaBiVMoO8 существенно не изменились при различных температурах спекания. Керамика CaBiVMoO8 достигла выдающихся микроволновых диэлектрических свойств εr ~ 40,55, Q f ~ 16 670 ГГц, tf ~ +55,90 ppm/C, когда температура спекания достигла 850 C, что может быть применено к технологии LTCC в будущем.

2020

В настоящей работе после спекания при высокой температуре был синтезирован новый тип керамики, а именно MnZrTa2O8. Возможный механизм диэлектрических потерь обсуждался с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния и теории химической связи. Рентгеновская дифракция показала, что MnZrTa2O8 образовался в результате реакции между ZrO2 и промежуточным продуктом MnTa2O6. После спекания при 1350 С для керамики была получена моноклинная структура с параметрами ячеек a = 4,8370(3) A, b = 5,7163(1) A, c = 5,1398(5) A, b = 91,7219. Среди всех связей Ta–O с наибольшей ионностью связи и энергией решетки была доминирующим фактором, влияющим на микроволновые диэлектрические свойства. Температурный коэффициент резонансной частоты sf изменялся от - 50,55 до - 41,21 м.д./Кл, что было связано с энергией решетки. Влияние пористости на диэлектрические потери также было проверено и оказалось значительным. Керамика MnZrTa2O8 показала относительную диэлектрическую проницаемость er * 23,0 и повышенную добротность Q 9 f * 48103 ГГц (на частоте 8,97 ГГц), что сделало ее многообещающим кандидатом для электрических компонентов. Введение Быстрое развитие беспроводной связи 5G привело к увеличению спроса на микроволновую диэлектрическую керамику. Важнейшими характеристиками резонаторов являются (1) подходящий диапазон диэлектрической проницаемости (er), (2) отличная добротность (Q 9 f, Q подвержена диэлектрическим потерям tand) для определения частотной избирательности и (3) близкий к нулю температурный коэффициент резонансная частота (sf = 0±5 ppm/C) для стабилизации частоты [1–3]. В частности, относительная диэлектрическая проницаемость er должна быть в диапазоне 20–50 в базовых станциях сотовой связи [4]. Несмотря на то, что Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 обладает превосходными диэлектрическими свойствами и широко используется в качестве микроволнового устройства, для него часто требуется высокая температура обработки (*1600 C) [5]. Поиск новых типов диэлектриков стал как никогда актуальным. Материалы AZrNb2O8 (A: Co, Mg, Zn и Mn) имели er от 9,6 до 16,5 и Q 9 f от 26 950 до 58 500 ГГц, что оказалось привлекательным кандидатом для микроволновых приложений [6]. Изменения Q 9 f и er были объяснены на основе коэффициента упаковки и ионной поляризуемости соответственно [6]. Для получения объемной керамики при относительно низкой температуре в ZnZrNb2O8 добавляли 3 мас.% BaCu(B2O5) [7]. Такой же результат был получен при использовании водного золь-гель метода, поскольку наноразмерные частицы обычно обладали большой площадью поверхности [8]. Конкретно для NiZrNb2O8 его sf и Q 9 f были улучшены с помощью ZnTa2O6 [9]. Из-за близких эффективных ионных радиусов Nb и Ta исследователи уделяли большое внимание замещению ионов. Ли [10, 11] разработал и изготовил сверхмалые потери AZrTa2O8 (A = Mg, Zn) с Q 9 f до 110700–140900 ГГц. Что еще более важно, Q 9 f‘ для Mg0,9Ca0,1ZrTa2O8 увеличился более чем в два раза, представляя собой самый высокий уровень среди современных вольфрамитовых диэлектриков [12]. Недавно мы провели систематическое исследование NiZrNb2O8, легированного Ta. Q 9 f была значительно увеличена до 86404 ГГц, а большая sf была компенсирована корректировкой химического состава [13]. В научных отчетах указано, что замена Nb на Ta может быть эффективной для оптимизации диэлектрических свойств керамики AZrNb2O8. Однако оставались проблемы в объяснении механизма диэлектрических потерь в микроволновом поле. MnZrNb2O8, член семейства AZrNb2O8, имеет Q 9 f 27936 ГГц [6]. Таким образом, улучшение стоило бы исследовать. С другой стороны, многие новые материалы на основе Ta, такие как NiSnTa2O8 [14], MgTiTa2O8 [15] и Co0,5Ti0,5TaO4 [16], обладают интересными свойствами, что указывает на их потенциальное применение в технологии микроволновой связи. Все эти факторы подтолкнули нас к поиску системы MnZrTa2O8 с малыми потерями. Как уже упоминалось, свойство микроволнового излучения особенно чувствительно к кристаллической структуре и, в частности, к химическим связям. Тем не менее, насколько нам известно, исследований характеристик связи в керамике AZrTa2O8 немного. Поэтому мы также прилагаем усилия для изучения взаимосвязей структура-свойства на основе теории связи Филлипса-Ван Фехтена-Левина (P-V-L). Выводы MnO, Ta2O5 и ZrO2 использовали в качестве сырья для синтеза MnZrTa2O8 твердофазным методом. При прокаливании установлено наличие промежуточной фазы MnTa2O6. Однофазный MnZrTa2O8 образовывался при температуре выше 1200 C. После спекания все эти соединения образовывали моноклинную структуру с пространственной группой P2/c. Спектроскопию комбинационного рассеяния использовали для подтверждения характеристик связи образцов. Как er, так и Q 9 f сначала увеличивались и достигали максимального значения при 1350°С, а затем постепенно уменьшались. Анализ с помощью теории химической связи P – V – L четко прояснил важность связи Ta – O во влиянии на диэлектрические свойства, в основном из-за ее наибольшей ионности связи и энергии решетки. В частности, керамика MnZrTa2O8 хорошо уплотнялась при 1350 C со значительным увеличением Q 9 f*48103 ГГц.

2020

Первоначально была получена керамика CoSnNb2O8 со средней диэлектрической проницаемостью. Композиционно-индуцированное фазообразование идентифицировали с помощью рентгеновской дифракции. CoSnNb2O8 тетрагонального типа рутила был получен реакцией SnO2 с промежуточной фазой CoNb2O6. Как диэлектрическая проницаемость εr, так и добротность Q×f первоначально увеличивались с повышением температуры спекания, достигая максимума при температуре около 1225 °C, а затем снижались. Они обсуждались на основе ионной поляризуемости и доли упаковки соответственно. Температурный коэффициент резонансной частоты τf в первую очередь зависел от валентности связи Nb-позиции, а также от искажения кислородных октаэдров. При спекании при 1225 °C керамика CoSnNb2O8 показала оптимальные свойства с εr=31,8, Q×f=43000 ГГц и τf=35,01 ppm/°C. Введение СВЧ-диэлектрическая керамика нашла широкое применение в качестве компонентов мобильных систем и спутниковой связи, работающих на высоких частотах. Хороший диэлектрик должен иметь соответствующую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) для улучшения селективности и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для минимизации дрейфа частоты. [1, 2] В настоящее время разработка керамики с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью значительно опережает среднюю (30＜εr＜50). [3] Керамика M2+M4+Nb2O8 (M2+=Mg, Co, Ni, Zn и M4+=Ti, Zr) является привлекательным объектом для исследования материалов и инженерных приложений. [4, 5] Сообщалось, что среди этого семейства CoTiNb2O8 имеет высокое значение εr ~ 63,5 и Q×f ~ 25 300 ГГц. [4] Его большое значение τf было изменено добавлением Zn1.01Nb2O6, и, кроме того, Q×f было увеличено до 94 700 ГГц. [5] Путем замены Nb на Ta Чжан [6] создал новую керамику CoTiTa2O8 трирутильного типа. Он обнаружил, что связи Ta-O с наибольшей ионностью связи и энергией решетки вносят основной вклад в диэлектрические свойства. Учитывая аналогичные ионные радиусы, большое значение также придавалось замене Ti эквивалентным зарядом Sn. [7] Исходя из этого, Q×f увеличилось с 42 500 ГГц до 69 500 ГГц для ZnTiNb2O8. [8] Что еще более важно, исследование 2019 года показало перспективность получения термостабильной керамики с одной фазой NiSnTa2O8. [9] В научных отчетах указывалось, что замена не только улучшила микроволновые свойства, но и обеспечила реальный доступ к новым диэлектрикам. В этом отношении особый интерес представляли микроволновые диэлектрические свойства керамики CoSnNb2O8. Таким образом, он был подготовлен и обсуждены отношения собственности и структуры. …………… Выводы Первоначально была синтезирована микроволновая диэлектрическая керамика CoSnNb2O8. Отношения структура-собственность обсуждались системно. Образец с теоретической плотностью 96,89% имел тетрагональную структуру рутила. В зависимости от температуры εr колебался от 26,7 до 31,8. Q×f было связано с относительной плотностью и долей упаковки. С увеличением валентности связи Nb-позиции и искажением кислородного октаэдра τf смещается в отрицательную сторону. В частности, соединение CoSnNb2O8, спеченное при 1225 6 °C, показало свойства: εr=31,8, Q×f=43000 ГГц и τf=35,01 м.д./°C.

2020

Первоначально была получена керамика CoSnNb2O8 со средней диэлектрической проницаемостью. Композиционно-индуцированное фазообразование идентифицировали с помощью рентгеновской дифракции. CoSnNb2O8 тетрагонального типа рутила был получен реакцией SnO2 с промежуточной фазой CoNb2O6. Как диэлектрическая проницаемость εr, так и добротность Q×f первоначально увеличивались с повышением температуры спекания, достигая максимума при температуре около 1225 °C, а затем снижались. Они обсуждались на основе ионной поляризуемости и доли упаковки соответственно. Температурный коэффициент резонансной частоты τf в первую очередь зависел от валентности связи Nb-позиции, а также от искажения кислородных октаэдров. При спекании при 1225 °C керамика CoSnNb2O8 показала оптимальные свойства с εr=31,8, Q×f=43 000 ГГц и τf=35,01 ppm/°C. Введение СВЧ-диэлектрическая керамика нашла широкое применение в качестве компонентов мобильных систем и спутниковой связи, работающих на высоких частотах. Хороший диэлектрик должен иметь соответствующую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Q×f) для улучшения селективности и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) для минимизации дрейфа частоты. [1, 2] В настоящее время разработка керамики с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью значительно опережает среднюю (30＜εr＜50) [3] Керамика M2+M4+Nb2O8 (M2+=Mg, Co, Ni, Zn и M4+=Ti, Zr) является привлекательным объектом для исследования материалов и инженерных приложений [4, 5] Сообщалось, что среди этого семейства CoTiNb2O8 имеет высокое значение εr ~ 63,5 и Q×f ~ 25 300 ГГц [4] Его большое значение τf было изменено добавлением Zn1.01Nb2O6, и, кроме того, Q×f было увеличено до 94 700 ГГц. [5] Путем замены Nb на Ta Чжан [6] создал новую керамику CoTiTa2O8 трирутильного типа. Он обнаружил, что связи Ta-O с наибольшей ионностью связи и энергией решетки вносят основной вклад в диэлектрические свойства. Учитывая аналогичные ионные радиусы, большое значение также придавалось замене Ti эквивалентным зарядом Sn. [7] Исходя из этого, Q×f увеличилось с 42 500 ГГц до 69 500 ГГц для ZnTiNb2O8. [8] Что еще более важно, исследование 2019 года показало перспективность получения термостабильной керамики с одной фазой NiSnTa2O8. [9] В научных отчетах указывалось, что замена не только улучшила микроволновые свойства, но и обеспечила реальный доступ к новым диэлектрикам. В этом отношении особый интерес представляли микроволновые диэлектрические свойства керамики CoSnNb2O8. Таким образом, он был подготовлен и обсуждены отношения собственности и структуры. ……………… Выводы Первоначально была синтезирована микроволновая диэлектрическая керамика CoSnNb2O8. Отношения структура-собственность обсуждались системно. Образец с теоретической плотностью 96,89% имел тетрагональную структуру рутила. В зависимости от температуры εr колебался от 26,7 до 31,8. Q×f было связано с относительной плотностью и долей упаковки. С увеличением валентности связи Nb-позиции и искажением кислородного октаэдра τf смещается в отрицательную сторону. В частности, соединение CoSnNb2O8, спеченное при 1225 °С, показало свойства: εr=31,8, Q×f=43000 ГГц и τf=35,01 м.д./°С.

2020

Керамика Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2 (0 ≤ x ≤ 0,08) была синтезирована по твердофазному реакционному пути. Было систематически исследовано влияние замещения W6+ на фазовый состав, микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6. Результаты РФА показали, что все образцы образовывали чистый твердый раствор во всем диапазоне легирования. РЭМ-изображения и относительная плотность выявили плотную структуру керамики Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2. Исследована взаимосвязь между кристаллической структурой и диэлектрическими свойствами керамики Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2 через поляризуемость, среднюю валентность связи и энергию связи. Замена Nb5+ на W6+ в керамике Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2 значительно повысила значения Q × f. Кроме того, увеличение содержания W6+ улучшило термическую стабильность керамики Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2. Керамика Li3Mg2(Nb0,94W0,06)O6,03, спеченная при 1175 °С в течение 6 ч, обладала отличными свойствами: εr ~ 15,82, Q × f ~ 124 187 ГГц, τf ~ -18,28 м.д./°С. Введение В век информационных технологий микроволновая диэлектрическая керамика играет важную роль в повседневной жизни, национальной обороне и вооруженных силах. Высокая частота, миниатюризация и дешевизна СВЧ-устройств стали основным направлением СВЧ-технологий. СВЧ-диэлектрическая керамика широко используется в качестве основных материалов для пассивных компонентов систем СВЧ-связи, таких как фильтры, конденсаторы, резонаторы, диэлектрические антенны и диэлектрические волноводы [1–6]. В последние годы бесконечно появлялись новые микроволновые диэлектрические керамические материалы. Однако комплексные свойства большинства материалов не могут удовлетворить требованиям практического применения. Поэтому исследование и исследование керамических материалов с отличными диэлектрическими свойствами является основным направлением времени. Диэлектрическая керамика с разными характеристиками имеет разное применение. Материалы с низкими характеристиками диэлектрической проницаемости могут уменьшить задержку передачи сигнала. Материалы с высокими характеристиками добротности могут снизить потери мощности в системе. Диэлектрическая керамика с температурным коэффициентом, близким к нулю, позволяет повысить термическую стабильность системы. Кроме того, при температуре спекания ниже 950 °С возможен совместный обжиг керамических материалов с серебряными электродами [7–9]. В последние годы керамика Li3Mg2NbO6 с орторомбической структурой привлекает все большее внимание благодаря своим превосходным диэлектрическим свойствам. В 2009 г. Юань и соавт. В работе [1] впервые сообщается о керамике Li3Mg2NbO6 с превосходными диэлектрическими свойствами. Чжао и др. В работе [10] изучалось влияние Ca2+, Ni2+, Zn2+ и Mn2+ на диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6. Позже Чжан и соавт. [11,12] сообщают, что керамика Li3(Mg0,98Mn0,02)2NbO6 и Li3(Mg1-xNix)2NbO6 имеет более высокие значения Q × f. Син и др. В работе [13] исследовано влияние Co2+ на диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6. М. Кастелланос и Чжан и соавт. [14,15] исследовали влияние замены Nb5+ на диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6. Ван и др. [16] сообщили, что керамика Li3Mg2Nb1-xVxO6 (x = 0,02), спеченная при 900 °C, показала выдающиеся диэлектрические свойства: εr ~ 16, Q × f ~ 131 000 ГГц и τf ~ -26 ppm/°C. Кроме того, Ван и соавт. В работе [17] систематически изучалось влияние замещения Ta5+ на структуру и диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6. Керамика Li3Mg2Nb0,98Ta0,02O6 обладала выдающимися диэлектрическими свойствами: εr ~ 15,58. Q × f ~ 113 000 ГГц и τf ~ -4,5 частей на миллион / ° C. Однако до сих пор мало обсуждались диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6 с шестивалентными ионами, замещающими Nb5+. Чжан и др. [18] значительно уменьшили диэлектрические потери керамики Ba3ZnNb2O9 заменой Nb5+ на Mo6+. Кроме того, керамика Li3Mg2(Nb0,98Mo0,02)O6,01 [19] обладала лучшими микроволновыми диэлектрическими свойствами при спекании при 1200 °С в течение 6 ч, εr ~ 15,18, Q × f ~ 116 266 ГГц, τf ~ −15,71 м.д./ °С. Чжан и др. В работе [20] подробно проанализирована корреляция между характеристиками спекания и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики Li3+xMg2Nb1-xTixO6 (0,02 ≤ x ≤ 0,08). Кроме того, Ван и соавт. В работе [21] систематически изучалось влияние замещения Ti4+ на структуру и диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6. Керамика Li3Mg2Nb0,96Ti0,04O5,98 показала отличные диэлектрические свойства: εr ~ 15,88. Q × f ~ 131000 ГГц и τf ~ -26,8 ppm/°C. Ву и др. В работе [22] замена Nb5+ на W6+ значительно снизила диэлектрические потери керамики Ba(Zn1/3Nb2/3)O3. W6+ и Nb5+ имеют одинаковые ионные радиусы, поэтому W6+ можно использовать для замены Nb5+ в керамике Li3Mg2NbO6. Испарение литиевого элемента может вызвать перенос заряда нейтральной керамики. Для поддержания электронейтральности будут генерироваться кислородные вакансии, что повлияет на микроволновые диэлектрические свойства керамики. Ионы кислорода, введенные WO3, могут поддерживать электрическую нейтральность керамики Li3Mg2NbO6. Выводы Новая керамика Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2 (0 ≤ x ≤ 0,08) была успешно получена путем твердофазной реакции. Керамика Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2 образовывала чисто фазовый твердый раствор во всем диапазоне легирования. Кроме того, изменение диэлектрической проницаемости и значений Q × f образца в зависимости от температуры спекания было аналогично относительной плотности. Дальнейшие исследования показали, что диэлектрическая проницаемость связана с ионной поляризуемостью. На значения Q × f влияли средняя валентность связи и плотность. Значения τf зависели от полной энергии связи керамики Li3Mg2(Nb1-xWx)O6+x/2. В конце концов, керамика Li3Mg2(Nb0,94W0,06)O6,03, спеченная при 1175 °C в течение 6 часов, имела превосходные микроволновые диэлектрические свойства, εr ~ 15,82, Q × f ~ 124 187 ГГц, τf ~ -18,28 ppm/°C.

2020

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.

2020

Новая серия керамики MLa2WO7(M=Sr, Ba) была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Были систематически исследованы характеристики спекания, кристаллические структуры, микроморфология и микроволновые диэлектрические характеристики систем. Рентгеновская дифракция (XRD) и уточнение Ритвельда показывают, что керамика SrLa2WO7(SLW) и BaLa2WO7(BLW) имеет моноклинную структуру с пространственной группой Fdd (№ 14). Керамика SLW и BLW имеет высокую относительную плотность (более 94%). Керамика SLW, спеченная при 1400 °C, продемонстрировала хорошие диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне с Ɛr = 23,2, Q×f = 29 720 ГГц, τf = -127 ppm/°C, а керамика BLW, спеченная при 1300 °C, имела превосходные свойства Ɛr = 25,3, Q×f = 36 473 ГГц, τf =-108 ppm/°C. Эти результаты показывают, что керамика MLa2WO7(M = Sr, Ba) может быть кандидатом в микроволновые устройства. Введение При бурном развитии мобильной связи диэлектрические материалы СВЧ должны быть миниатюрными, дешевыми, высокоэффективными, нетоксичными и т. д. [1–5]. Кроме того, применение материалов для микроволнового излучения должно требовать трех основных характеристик: соответствующей относительной диэлектрической проницаемости (Ɛr) для удовлетворения приложений в различных диапазонах частот, высокого коэффициента качества (Q ×f) для снижения потерь мощности и почти нулевой температуры. коэффициент резонансной частоты (τf) для обеспечения температурной стабильности устройств [6–10]. В настоящее время применение СВЧ-диэлектрических материалов становится все более обширным в военном и коммерческом плане; материалы широко применяются в системах связи, особенно для телекоммуникаций пятого поколения (5G), характеристиками которых является высокая скорость передачи [11, 12]. Поэтому, чтобы лучше адаптироваться к приливу технологий новой эры 5G, исследователям необходимо изучить улучшение свойств материалов, например, с помощью различных методов подготовки (метод золь-гель, метод спекания в горячем прессе, метод плазменного напыления), добавления различных добавок для спекания (B2O3,MnO2,V2O5) и открывать новые материалы для замены исходных материалов для удовлетворения потребностей продуктов. Исследователи обращали внимание на керамику на основе титана, молибдена, ванадия, кремния, германия и вольфрама для улучшения микроволновых диэлектрических свойств. В частности, керамика на основе вольфрама показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства, поскольку W6+ имеет хорошую ионную поляризацию полиэдра [W-O]. Например, Себастьян и др. [13] сообщили, что керамика Sr2La2MgW2O12, спеченная при 1525 °C, имела микроволновые диэлектрические характеристики Ɛr = 24,7, Q×f = 35 000 ГГц и τf = −83 ppm/°C, но высокая температура спекания ограничивала ее дальнейшее коммерческое применение. Керамика La6Mg4A2W2O24 (A=Ta и Nb) обладала микроволновыми диэлектрическими свойствами Ɛr=25,2, Q×f=13600 ГГц и τf=−45 ppm/°C для керамики La6Mg4Ta2W2O24, спеченной при 1350 °C, и Ɛr=25,8, Q× f=16400 ГГц, τf=-56 ppm/°C для керамики La6Mg4Nb2W2O24, спеченной при 1400°C; однако дороговизна сырья (Nb2O5 и Ta2O5) препятствовала их дальнейшему применению [14]. Поэтому, чтобы найти материал на основе вольфрама с лучшими диэлектрическими характеристиками для микроволнового излучения, была разработана керамика MLa2WO7(M=Sr, Ba). Кроме того, были исследованы характеристики спекания, фазовая структура, микроструктура и диэлектрические характеристики керамики в микроволновом диапазоне. Выводы В данной работе керамика MLa2WO7(M=Sr, Ba) была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Керамика MLa2WO7(M = Sr, Ba) относится к моноклинной структуре. Плотность образцов имела тесную связь с относительной диэлектрической проницаемостью и значением добротности. Керамика SLW продемонстрировала хорошие диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне с Ɛr = 23,2, Q × f = 29 720 ГГц, τf = -127 ppm/°C. Керамика BLW обладала превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами: Ɛr = 25,3, Q×f = 36 473 ГГц, τf = -108 ppm/°C. В следующей работе было добавлено соответствующее количество CaTiO3, чтобы подогнать температурный коэффициент резонансной частоты керамики MLa2WO7(M = Sr, Ba) почти к нулю.

2020

Новая высокодобротная микроволновая диэлектрическая керамика Ca3Al2(GeO4)3 была приготовлена традиционным методом твердофазной реакции. Рентгенограммы (РД) и энергодисперсионный спектрометр (ЭДС) показали, что керамика представляет собой единую гранатовую фазу с параметрами a=b=c=12,11845(16)Å, V=1779,625(69) Å3 и Z= 8. При повышении температуры спекания с 1250 °С до 1350 °С значения объемной плотности (ρ), относительной диэлектрической проницаемости (εr) и добротности (Q×f) сначала возрастали, достигали максимального значения, а затем уменьшались. Температурный коэффициент частоты резонатора (τf) незначительно изменялся в небольшом отрицательном диапазоне от -15 до -22 ppm/°C. Керамика Ca3Al2(GeO4)3, спеченная при 1325°C, продемонстрировала наилучшие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 7,6, Q×f = 104 100 ГГц и τf = -15 ppm/°C, показывая, что она является хорошим кандидатом для микроволновых устройств с низкие диэлектрические потери. Введение СВЧ-диэлектрическая керамика используется в цепях в качестве диэлектрических материалов, выполняющих одну или несколько функций в микроволновом диапазоне частот (в основном в диапазонах УВЧ, СВЧ, от 300 МГц до 300 ГГц). С быстрым развитием мобильной связи и современных электронных устройств, а также с наступлением эры связи 5G исследованиям микроволновой диэлектрической керамики уделяется все больше и больше внимания, что несет бесконечную надежду на будущие микроволновые устройства, такие как электронные средства противодействия, навигация, связь. , радары, домашние спутниковые телеприемники и мобильные телефоны [1-4]. Для микроволновой диэлектрической керамики низкая относительная диэлектрическая проницаемость уменьшит отражение на границе между воздухом и диэлектриком, сведет к минимуму перекрестную связь с проводниками и уменьшит время, необходимое для электронного преобразования сигнала для достижения низкой задержки [5-8]. В последние годы исследователи разработали большое количество керамики с превосходными диэлектрическими свойствами для микроволнового излучения, такие как Sr2Al2Si2O7 [9], CaAl2Si2O8 (анортит) [10], α-Zn2P2O7 [11] и ZnAl2O4 [12]. Эти керамики обладают низкой относительной диэлектрической проницаемостью, но низкие значения Q×f и большие значения τf также ограничивают их дальнейшее коммерческое применение. Поэтому многие работы сосредоточены на исследовании новых материалов с высокой добротностью и близким к нулю τf. В настоящей работе керамика Ca3Al2(GeO4)3 была разработана и изготовлена методом твердофазной реакции. Кроме того, систематически изучались фазовая структура, микроструктура, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики. ………… Выводы Керамика Ca3Al2(GeO4)3 синтезирована традиционными твердофазными методами. Керамика содержала одну фазу Ca3Al2(GeO4)3 с параметрами a=b=c=12,11845(16)Å, V=1779,625(69) Å3 и Z=8. Керамика Ca3Al2(GeO4)3 спекалась при 1325°С. C показал низкую объемную плотность 4,06 г/см3 и хорошие диэлектрические свойства для микроволнового излучения εr = 7,6, Q×f = 104 100 ГГц и τf = -15 частей на миллион/°C. Низкая объемная плотность, малое εr, высокие значения Q×f и маленькое τf показали, что Ca3Al2(GeO4)3 является хорошим кандидатом для устройств 5G с высокими требованиями.

2021

Керамика CaIn2O4 орторомбической структуры с пространственной группой Pca21 была синтезирована методом твердофазной реакции. Высокая относительная плотность (95,6 %) и отличные микроволновые диэлектрические свойства (εr ~11,28, Qf = 74 200 ГГц, τf ~ -4,6 ppm/°C) были получены при спекании керамики при 1375°C в течение 6 часов. Диэлектрические свойства исследовались на основе теории химической связи Филлипса–Ван Фехтена–Левина. Результаты показали, что диэлектрические свойства в основном определяются связями In–O в керамике CaIn2O4. Эти связи вносят больший (74,65 %) вклад в диэлектрическую проницаемость, чем связи Ca–O (25,35 %). Кроме того, собственные диэлектрические свойства керамики CaIn2O4 были исследованы с помощью инфракрасной спектроскопии отражения. Экстраполированные микроволновые диэлектрические свойства составили εr ~ 10,12 и Qf = 112 200 ГГц. Результаты показали, что ионная поляризация вносит основной вклад в диэлектрическую проницаемость в микроволновом диапазоне частот. Введение В связи с быстрым развитием коммерческих беспроводных технологий, микроволновая диэлектрическая керамика как ключевой материал крайне необходима в подложках, антеннах, диэлектрических резонаторах, фильтрах, конденсаторах, базовых станциях и генераторах. Эти материалы исследуются более полувека [1]. Несколько новых технологий, таких как Интернет вещей, облачные вычисления и искусственный интеллект, подпитывают спрос на высокоскоростное распространение сигнала в высокочастотных областях [2–4]. Поэтому диэлектрические материалы для СВЧ требуют низкой диэлектрической проницаемости (εr < 15) и высокого коэффициента добротности (Q) для сокращения задержки сигнала и снижения рассеивания энергии [5–7]. Кроме того, близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf) необходим для сохранения работоспособности устройств при различных температурах окружающей среды [8–10]. Как правило, диэлектрические материалы с низкими значениями εr и высокими значениями Qf часто сопровождаются большим отрицательным значением τf, и лишь немногие материалы демонстрируют желаемые микроволновые диэлектрические свойства. Таким образом, разработка новых материалов с низким εr, высоким Qf и близким к нулю значением τf остается сложной задачей. Настройка значений τf близкими к нулю при сохранении желаемых параметров εr и Qf, вероятно, является наиболее сложным аспектом разработки СВЧ-диэлектрической керамики [11,12]. До настоящего времени близкое к нулю значение τf обычно получается при комбинировании двух материалов с противоположными знаками τf [13,14]. Кроме того, фазы Раддлсдена–Поппера общей формулы Srn+1TinO3n+1, а также ARAlO4 (A = Sr, Ca; R = Sm, Nd, La) со структурой типа K2NiF4 могут улучшить структурную стабильность и значение τf за счет изменения радиуса B-позиции катиона [15–19]. Это открытие дает новое представление о регулировании значения τf диэлектрических керамических материалов для микроволнового излучения и может быть полезным для разработки диэлектрической керамики для микроволнового излучения с отрицательными значениями τf. Совсем недавно аналогичные результаты также наблюдались в системах Ca2MO4 (M = Si, Ge, Sn) [20–22] и LiMO2 (M = Al, Ga, In) [23, 24], как показано в таблице 1. Следовательно, диэлектрические материалы с низким значением εr и близким к нулю значением τf могут быть получены путем регулирования ионного радиуса в соединениях со сходными химическими формулами. Сонг и др. В работе [26] сообщается, что диэлектрические свойства керамики CaAl2O4 моноклинной структуры с пространственной группой P21/n, спеченной при 1450 ◦C, составляют εr ~ 8,9, Qf ~ 91 350 ГГц и τf ~ −55 м.д./◦C. Учитывая, что In3+ не только имеет то же валентное состояние, что и Al3+, но также имеет более высокую ионную поляризуемость и больший ионный радиус, чем Al3+, стоит изучить кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики CaIn2O4. Такое исследование может привести к получению СВЧ-диэлектрической керамики с более высоким значением εr и значением τf, близким к нулю, чем у керамики CaAl2O4. В данной работе керамика CaIn2O4 была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Были исследованы и охарактеризованы поведение при спекании, кристаллическая структура, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики CaIn2O4. Кроме того, для исследования собственных диэлектрических свойств керамики CaIn2O4 использовались теория химической связи Филлипса-Ван Вехтена-Левина (P-V-L) и инфракрасная спектроскопия отражения. …… Выводы В этой работе керамика CaIn2O4 была приготовлена традиционным твердотельным способом. Данные XRD в сочетании с анализом уточнения Ритвельда показали, что керамика CaIn2O4 кристаллизовалась в единую фазу с орторомбической структурой. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства керамики CaIn2O4 были получены при температуре спекания 1375 ◦C в течение 6 ч с εr ~ 11,28, Qf = 74200 ГГц и τf ~ −4,6 м.д./◦C (на 13,8 ГГц). Анализ керамики CaIn2O4 с помощью теории связей P-V-L показал, что диэлектрические свойства в основном определяются связями In-O, и эти связи вносят больший (74,65 %) вклад в диэлектрическую проницаемость, чем связи Ca-O (25,35%). Инфракрасный спектр отражения был использован для исследования собственных диэлектрических свойств керамики CaIn2O4. Результаты показали, что ионная поляризация вносит основной вклад в диэлектрическую проницаемость в микроволновом диапазоне, и Qf можно улучшить за счет оптимизации экспериментальных процессов. По сравнению с некоторыми материалами с низкой диэлектрической проницаемостью, как показано в таблице 1, керамика CaIn2O4 продемонстрировала желаемые микроволновые диэлектрические свойства. Таким образом, керамика CaIn2O4 имеет потенциальное коммерческое применение в беспроводных технологиях.

2021

В этой статье рассматриваются последние разработки и проблемы, связанные с функциональными композитами (Ba,Sr)TiO3/полимер. Микроструктура композитов титанат бария-стронция (Ba,Sr)TiO3(BST)/полимер с различными полимерными матрицами и характер границы раздела между BST и полимерной матрицей имеют решающее значение для конечных диэлектрических свойств. Обсуждается влияние концентрации, размера частиц и формы наполнителя BST на диэлектрические свойства композитов BST/полимер. Кратко описаны теоретическая модель диэлектрической проницаемости керамических/полимерных композитов и изготовление композитов BST/полимер. Подведены итоги развития диэлектрической перестраиваемости композитов BST/полимер. Предложена теоретическая модель диэлектрической перестраиваемости, основанная на результатах наших предыдущих исследований, и обсуждается влияние нескольких факторов на диэлектрическую перестраиваемость композитов, что способствует предсказанию диэлектрической перестраиваемости композитов и обеспечивает важное теоретическое и исследовательское значение для будущего. Введение Титанат бария-стронция Ba1-xSrxTiO3 или BaxSr1-xTiO3 (BST) представляет собой сегнетоэлектрический твердый раствор, состоящий из BaTiO3 (BT) и SrTiO3 (ST) со структурой перовскита [1–2]. Из-за его выдающихся свойств, таких как высокая диэлектрическая проницаемость, низкие диэлектрические потери, хорошо контролируемая температура Кюри путем регулировки соотношения Ba/Sr и его сильная диэлектрическая нелинейность в приложенном электрическом поле постоянного тока (DC), применение материалов BST был исследован в нескольких областях, включая микроволновые фазовращатели [3–5], запоминающие устройства [6–9], супердиэлектрический конденсатор [10–11] и другие функциональные компоненты датчиков [12–13]. БСТ имеет ряд недостатков, таких как хрупкость, высокая температура спекания, плохие условия обработки и низкая диэлектрическая прочность из-за наличия остаточных пор, что затрудняет его широкое применение. Полимеры обладают такими преимуществами, как простота изготовления, малый вес, механическая гибкость, низкие диэлектрические потери, удобство обработки и высокая диэлектрическая прочность. Однако полимеры имеют низкую диэлектрическую проницаемость по сравнению с неорганическими материалами [14], что ограничивает их применение в производстве электротехнических устройств. Таким образом, ожидается, что функциональные композиты, сочетающие преимущества керамики BST и полимера, станут желательными материалами для диэлектрических устройств [15–18]. Связность отдельных фаз влияет на свойства композита. Ньюнэм [19–20] предложил концепцию связности для описания связи между наполнителем и матрицей. В двухфазной системе каждая фаза имеет непрерывное состояние с размерностями 0, 1, 2 или 3, а связность может быть обозначена как 0–3, 2–2, в которой первая и вторая цифры соответствуют фазам наполнителя и матрицы. соответственно. Среди изученных до сих пор композитов были проведены обширные исследования простейшей связи 0–3, которая состоит из трехмерной связанной полимерной матрицы, заполненной керамическими частицами. В последние годы основное внимание уделяется композитам типа BST/полимер 0–3, включая их изготовление, микроструктуру и диэлектрические свойства. Заметные проблемы для композитов BST/полимер связаны с поверхностью раздела между фазами BST и полимера. Чрезмерно высокое содержание керамических частиц приведет к ухудшению силы сцепления двухфазной границы в композиционном материале, что приведет к микроструктуре с большим количеством дефектов. Модификация наполнителя BST обеспечивает улучшенную микроструктуру и улучшенные диэлектрические свойства. Например, наполнитель BST был модифицирован силановым связующим агентом или функционализирован специальной группой [21–23] для оптимизации микроструктуры и улучшения диэлектрических свойств. Нановолокна [22, 24–26], нанотрубки [27] и нанопроволоки [28–29] придают композитам с относительно низким содержанием BST лучшие микроструктурные и диэлектрические свойства. Среди этих композитов порошки BST с большей площадью поверхности и коэффициентом сжатия способствуют превосходным диэлектрическим свойствам. Помимо композитов типов 0–3, в этих композитах BST/полимер могут быть исследованы другие типы композитов. В некоторых трехфазных композитах сверхвысокая диэлектрическая проницаемость композита не связана непосредственно с внутренней диэлектрической проницаемостью наполнителя и полимера. Причиной высокой диэлектрической проницаемости часто считают усиление межфазной поляризации и увеличение количества микроконденсаторов во внутренней структуре композита. Следовательно, микроструктура композита и граница раздела между двумя фазами важны и влияют на диэлектрические свойства композита. Точно так же тип, концентрация, размер, форма наполнителя BST и процесс приготовления композитного материала имеют важное влияние на диэлектрические свойства композитного материала. Все факторы взаимосвязаны и должны систематически учитываться при исследовании BST/полимерных материалов. Материалы BST обладают еще одним важным свойством, а именно диэлектрической перестраиваемостью. Диэлектрическая перестраиваемость керамики на основе BST широко изучалась [30–40]. Эта керамика имеет высокую диэлектрическую перестраиваемость, что означает процентное изменение диэлектрической проницаемости при смещении постоянного тока. Для применения в микроволновых перестраиваемых устройствах более низкая диэлектрическая проницаемость и более высокая диэлектрическая перестраиваемость наиболее подходят для согласования импеданса [41–42]. Тем не менее реальные характеристики не обеспечивают диэлектрикам высокой перестраиваемости, а обычно соответствуют высокой диэлектрической проницаемости. Композиты BST/полимер были оптимизированы для устройств с микроволновой настройкой из-за их подходящих характеристик: (1) умеренная диэлектрическая проницаемость, (2) низкие диэлектрические потери и (3) высокая диэлектрическая перестраиваемость. Таким образом, стоит исследовать диэлектрическую перестраиваемость композитов BST/полимер. Этот документ направлен на обзор прогресса в области BST/полимерных композитов от однофазных материалов на основе BST до готовых композитов, а также на обеспечение всестороннего и систематического анализа BST/полимерных композитов и их потенциальных применений. Документ состоит из семи разделов, включая обзор керамики на основе BST, влияние микроструктуры BST/полимерного композита и теоретические модели диэлектрической проницаемости керамического/полимерного композита, подход к изготовлению композитов BST/полимер, влияние наполнителей BST. о диэлектрических свойствах BST/полимерных композитов, развитии диэлектрической настраиваемости BST/полимерного композита, потенциальном применении BST/полимерных композитов в различных областях, а также замечаниях и перспективах на будущее. ………… Заключительные замечания и перспективы на будущее В этой статье рассматриваются основы материалов BST, процесс, накопление энергии и диэлектрические свойства, а также основное внимание уделяется диэлектрической перестраиваемости композитов BST/полимер. Заключительные замечания заключаются в следующем. Материалы BST представляют собой сегнетоэлектрический твердорастворный материал. Керамика BST обладает превосходными диэлектрическими свойствами: высокой диэлектрической проницаемостью, температурой Кюри Tc, зависящей от состава Ba/Sr, и высокой возможностью настройки диэлектрических свойств. Однако они имеют и недостатки, такие как плохая гибкость, высокие диэлектрические потери на СВЧ-частоте и малая плотность накопления энергии, что не удовлетворяет их применению в электрических устройствах. Композиты BST/полимер обладают многими полезными свойствами, и свойства зависят от микроструктуры и поверхности раздела между наполнителями BST и полимерами. Лучшая совместимость наполнителя с полимером повышает стабильность микроструктуры композита. Различные методы, такие как модификация наполнителя, функционализация наполнителя и горячая обработка, использовались для улучшения микроструктуры композита и интерфейса. Соответствующая модификация поверхности неорганических наполнителей важна для обеспечения межфазного взаимодействия между наполнителями и полимерной матрицей и дисперсии наполнителя в полимерах. Модификация поверхности может также свести к минимуму количество дефектов или пустот в композите с помощью специального процесса, такого как горячее прессование. Размер, форма и концентрация наполнителей BST оказывают существенное влияние на диэлектрические свойства. Диэлектрические свойства обычно улучшаются с увеличением содержания наполнителя BST. Однако высокое содержание BST может генерировать больше дефектов в композитах, и, таким образом, их диэлектрические свойства ухудшаются при высокой загрузке керамических частиц. Диэлектрические свойства BST/полимера могут быть значительно улучшены за счет введения наполнителей BST с большой удельной поверхностью, таких как нановолокна и нанотрубки. Диэлектрические свойства чувствительны к концентрации одномерных наноразмерных частиц. Выдающиеся диэлектрические свойства этих нанокомпозитов BST/полимер могут быть получены при низкой концентрации наполнителя из-за существования перколяционной структуры. Трехфазные композиты, состоящие из проводящих наполнителей, керамических частиц BST и полимера, могут быть хорошими кандидатами для приобретения хороших диэлектрических свойств из-за образования микроконденсатора во внутренней структуре. Для описания свойств композитов с полимерной матрицей было представлено множество теоретических моделей. Помимо модифицированных моделей Максвелла-Гарнетта и Ямады, несколько моделей учитывают фактор формы. Другие модели предполагают сферическую форму частиц. Диэлектрическую проницаемость композитов BST/полимер можно предсказать, используя модель Ямады и регулируя коэффициент формы керамического наполнителя. Исследование диэлектрической перестраиваемости композитов сосредоточено в основном на композитах на основе BST/PVDF типа 0–3. Концентрация и форма наполнителя BST влияют на диэлектрическую перестраиваемость. Диэлектрическая перестраиваемая теоретическая модель для композитов типа 0–3 была предложена после введения модели Ямады в модифицированную девонширскую феноменологическую теорию. Пять влияющих факторов, а именно nc, βr/βc, a, δc и n, существенно влияют на диэлектрическую перестраиваемость композита. Предлагаемая теоретическая модель предоставляет важную информацию о диэлектрической перестраиваемости вместо применения экспериментальной стратегии проб и ошибок к диэлектрическим функциональным керамическим/полимерным композитам, что является важным улучшением для будущего развития приложений перестраиваемых микроволновых диэлектрических устройств. Исходя из вышеизложенного, будущие перспективы выглядят следующим образом: 1) Поверхность раздела керамическая/полимерная матрица оказывает значительное влияние на диэлектрические свойства функциональных диэлектрических композитов. Особое внимание следует уделить интерфейсу BST/полимерный композит. 2) Преимущества, такие как высокая диэлектрическая прочность на пробой, быстрая зарядка/разрядка, простота обработки и экономичность, делают композиты BST/полимер пригодными для использования в качестве конденсаторов по сравнению с другими устройствами накопления электроэнергии. Однако их плотность энергии ниже, чем у электрохимических устройств, таких как батареи и двухслойные суперконденсаторы. Таким образом, стоит разработать композиты BST/полимер с высокой плотностью накопления энергии. Ключевым вопросом является высокая диэлектрическая прочность на пробой. 3) Изготовление композитов BST/полимер с различной связностью, такой как 1-2, 1-3 и 2-3, может быть интересным для разных структур. Следует отметить структурный дизайн BST/полимерных композитов и изготовление сэндвич-, градиентных и других многослойных структур. 4) Диэлектрическая перестраиваемость не может найти практического применения и нуждается в дальнейшем улучшении. Также необходимо исследовать диэлектрическую перестраиваемость керамических/полимерных композитов, особенно с различными размерами и формами наполнителя BST. 5) Многие исследования были проведены в обычном диапазоне частот. Следует рассмотреть диэлектрические свойства и диэлектрическую перестраиваемость BST/полимера в субтерагерцовом или даже терагерцовом диапазоне, а также их применение на высоких частотах. 6) Стоит обратить внимание на применение BST/полимерных композитов в умных гибких носимых электронных устройствах, аэрокосмической и биомедицинской областях.

2021

Материалы с высокими значениями диэлектрической проницаемости (𝑘) находят применение в конденсаторах, диэлектриках под затвором, диэлектрических эластомерах, устройствах накопления энергии, в то время как материалы с низкой диэлектрической проницаемостью требуются в электронных корпусах и других подобных приложениях. Традиционно материалы с высоким значением 𝑘 связаны с высокими диэлектрическими потерями, частотно-зависимыми диэлектрическими характеристиками и высоким содержанием наполнителя. Материалы с низким 𝑘 обладают низкой теплопроводностью. Это создает новые проблемы при разработке диэлектрических материалов для обоих видов применения. Использование присадочных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью увеличивает диэлектрическую проницаемость. В этом исследовании исследуются факторы, влияющие на диэлектрическую проницаемость и диэлектрическую прочность полимерных композитов. Настоящая работа направлена на изучение влияния различных параметров, влияющих на диэлектрические свойства материалов. Факторами, выбранными в этом исследовании, являются тип полимера, тип используемого наполнителя, размер, форма, уровень нагрузки и модификация поверхности наполнителя, а также способ приготовления полимерных композитов. Исследование сосредоточено на улучшении диэлектрических свойств полимерных нанокомпозитов, используемых в области накопителей энергии. Результаты показывают, что структурный подход ядро-оболочка для материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, включенных в полимерную матрицу, улучшает диэлектрическую проницаемость полимерного композита. Введение В накопителях энергии, развязывающих конденсаторах, применяемых в микроэлектронике, электронных устройствах, работающих на высокой рабочей частоте, широко используются диэлектрические материалы с высокими диэлектрическими проницаемостями [1–3]. Миниатюризация электронных устройств требует материалов с низкой диэлектрической проницаемостью для упаковочных и изоляционных материалов [4, 5]. Поэтому синтез обоих типов материалов вызвал сегодня большой интерес у исследователей. Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью должны иметь высокую диэлектрическую прочность, низкие диэлектрические потери, химическую стойкость, частотно-независимый отклик и хорошие механические свойства для желаемого применения. Сложно получить уникальное сочетание всех свойств в одном компоненте материала. Обычно сегнетоэлектрическая керамика имеет высокую диэлектрическую проницаемость и низкие потери, но эти материалы обычно хрупкие по своей природе. Из-за их хрупкости сложно изготовить сложную форму. Даже обработка керамических подложек при изготовлении схем [5] затрудняется из-за их хрупкости. Кроме того, керамические материалы имеют плохую диэлектрическую прочность. Полимеры обладают хорошей диэлектрической прочностью, устойчивостью к химическому воздействию, гидрофобностью и термостойкостью, а также легко поддаются обработке, но имеют очень малое значение диэлектрической проницаемости (𝑘 < 10), что ограничивает область их применения [1– 3, 6, 7]. Полимеры с высокой дипольной плотностью могут иметь высокую плотность энергии [8]. Кроме того, они обладают высокой диэлектрической прочностью. Поэтому для конденсаторов с высокой плотностью энергии лучше всего подходят полимеры. Для достижения желаемых диэлектрических свойств композиты полимеров с металлами, полупроводниками, оксидами металлов и керамикой синтезируются с использованием различных наполнителей. Для достижения желаемых свойств в диэлектрических композитах очень важна связь между материалами наполнителя и матрицы. В многофазном материале межпространственные отношения описываются концепцией связности, которая влияет на все свойства композитов. Размерность наполнителя, межфазные свойства, порог просачивания и пористость влияют на свойства композитов [5, 9, 10]. Поэтому при проектировании композиционного материала учитываются различные факторы, такие как матричный полимер, наполнитель, размер и форма наполнителя, обработка поверхности наполнителя, гибридизация наполнителя, метод синтеза и т. д. [11]. В этой обзорной статье основное внимание уделяется термореактивным термопластичным материалам, как полярным, так и неполярным полимерам, таким как поливинилиденфторид (PVDF), поливинилиденфторид, трифторэтилен P (VDF-TrFe), полимер цианорезины, полипропилен (PP), полистирол (PS) и т. д. …………… Заключение ∙ Достижение высокой диэлектрической прочности с улучшенной диэлектрической проницаемостью является серьезной задачей. ∙ Неорганические керамические наполнители улучшают диэлектрическую проницаемость полимерных композитов; однако они снижают диэлектрическую прочность и механические свойства. ∙ Равномерное распределение наполнителя и низкий порог просачивания играют важную роль в улучшении диэлектрических свойств. ∙ Структурированные и многослойные композиты ядро-оболочка обеспечивают улучшение диэлектрической проницаемости и высокую диэлектрическую прочность при низкой нагрузке. ∙ Для достижения высокой плотности энергии материалы должны обладать высокими значениями 𝑘 и диэлектрической прочности.

2021

Микроволновая диэлектрическая керамика жизненно важна для фильтров, диэлектрических резонаторов и диэлектрических антенн в эпоху 5G. Было обнаружено, что замена (Cu1/3Nb2/3)4+ позволяет эффективно регулировать ВКФ (температурный коэффициент резонансной частоты) Li2TiO3 и одновременно увеличивать его Q × f (Q и f обозначают добротность и резонансную частоту соответственно ) ценность. Примечательно, что в сплаве Li2Ti0,8(Cu1/3Nb2/3)0,2O3 (LTCN0. 2) керамика, спеченная при 1140 °С. Кроме того, температура спекания LTCN0.2 была снижена до 860 °C за счет добавления 3 мас. % H3BO3, демонстрирующего превосходные диэлектрические свойства для микроволнового излучения (εr ≈ 21,0, Q × f ≈ 51 940 ГГц и TCF ≈ 1,4 ppm/°C). и быть химически совместимым с серебром. Кроме того, керамика LTCN0,2 + 3 мас. % H3BO3 была разработана как патч-антенна и диэлектрическая резонаторная антенна, обе из которых показали высокие смоделированные эффективности излучения (88,4 и 93%) и коэффициенты усиления (4,1 и 4,03 дБи) на центральных частотах ( 2,49 и 10,19 ГГц). Материалы LTCN0,2 + 3 вес. % H3BO3 имеют многообещающее будущее применение либо в устройствах мобильной связи 5G, либо в низкотемпературной технологии совместного обжига керамики благодаря их высокой добротности, низкой температуре спекания, малой плотности и хорошей температурной стабильности. ВВЕДЕНИЕ В современной беспроводной связи важной областью применения микроволновых диэлектрических керамических компонентов являются базовые станции мобильной связи, а диэлектрические резонаторы, диэлектрические фильтры, дуплексеры и мультиплексоры являются ключевыми компонентами радиочастотных блоков базовых станций связи. В базовых станциях 5G будут внедрены коммуникационные технологии, такие как интеграция РЧ-блока AAU (активный антенный блок) и массивные крупномасштабные антенные решетки MIMO, благодаря чему миниатюризация и малый вес станут основными требованиями к конструкции базовых станций связи. диэлектрическая керамика с низкой плотностью продемонстрировала значительный потенциал развития в эпоху 5G из-за спроса на легкий вес. Материалы со структурой типа каменной соли хорошо известны исследователям.6,7 Следует отметить, что среди них значительное внимание привлекает Li2TiO3 из-за его малой плотности (∼3,1 г/см3, что ниже коммерческого микроволнового диэлектрического материала K20: 0,95MgTiO3−0,05CaTiO3 ≈ 3,7 г/см3,8), хорошие характеристики, относительно низкая температура спекания (∼1230 °C), низкая стоимость и множество исходных характеристик,9,10 что делает его одним из из наиболее перспективных материалов для оборудования связи 5G. Однако он по-прежнему сталкивается с проблемами, такими как недостаточно высокое значение Q × f (∼23 600 ГГц) и большой TCF (∼+38,5 ppm/°C). Известно, что значение Q и TCF являются двумя важными параметрами для СВЧ-диэлектрической керамики. Более высокое значение Q может обеспечить лучшую функцию фильтрации, а почти нулевой TCF (температурный коэффициент резонансной частоты) может обеспечить высокую надежность и стабильность СВЧ-оборудования. Следовательно, крайне желательно разработать новые микроволновые диэлектрические материалы на основе Li2TiO3, которые обладают как высоким значением добротности, так и близким к нулю ВКФ. Для многих материалов на основе титанатов кислородные вакансии генерируются за счет улетучивания кислорода в процессе спекания в воздушной атмосфере. Эти положительно заряженные кислородные вакансии могут адсорбировать свободные электроны, вызывая восстановление Ti4+ до Ti3+. Эти ионы Ti3+ стабильны при комнатной температуре, что является причиной высоких диэлектрических потерь 11,12 Следует отметить, что Тиан и др. комплексного иона со средней валентностью +4, содержание кислородных вакансий, генерируемых электростатической компенсацией, будет значительно уменьшено, тем самым уменьшая диэлектрические потери и улучшая значение добротности микроволновой диэлектрической керамики. Более того, этот метод замещения также может играть роль в регулировании TCF, что имеет важное значение для нашего исследования. Исходя из вышеизложенных соображений, CuO в качестве акцепторной легирующей примеси впервые был введен в керамику Li2TiO3 в настоящей работе. Сообщалось также, что достаточное количество CuO полезно для снижения температуры спекания.15–17 Для поддержания баланса заряда был введен Nb5+ с образованием (Cu1/3Nb2/3)4+ для замены Ti4+. Кроме того, одинаковый ионный радиус между (Cu1/3Nb2/3)4+ (0,67 Å) и Ti4+ (0,605 Å)18 делает процесс замещения теоретически возможным. В данной работе образцы Li2Ti1-x(Cu1/3Nb2/3)xO3 (LTCNx) (0 ≤ x ≤ 0,4) были изготовлены по обычной твердофазной реакции. Детально изучено влияние замещения (Cu13Nb2/3)4+ на структуру и характеристики керамики Li2TiO3. Кроме того, чтобы удовлетворить прикладные требования интеграции, также активно исследуется снижение температуры спекания для адаптации к технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC). LTCC обычно достигается с помощью следующих трех подходов: (i) химическая обработка, (ii) новые низкотемпературные спеченные материалы и (iii) добавление спекающего агента. Среди них последний метод обычно считается эффективным, недорогим и универсальным методом, способным снизить температуру спекания керамики.19 Стоит отметить, что H3BO3 является распространенным и эффективным вспомогательным средством для спекания с низкой температурой плавления. 20–24 Таким образом, представляется разумным полагать, что добавление добавки H3BO3 также может эффективно снижать температуру спекания системы LTCNx. В этой работе исследуется влияние содержания H3BO3 на кристаллическую структуру, микроструктуру, плотность и микроволновые диэлектрические свойства керамики LTCN0.2 (образец с оптимальными характеристиками). В то же время была исследована химическая совместимость керамики LTCN0.2, легированной H3BO3, с серебром. Кроме того, керамика LTCN0.2, легированная H3BO3, была разработана как патч-антенна и диэлектрическая резонаторная антенна с использованием программного обеспечения CST Microwave Studio. ………… ВЫВОДЫ Интенсивно исследовались фазовый переход и микроволновые диэлектрические свойства LTCNx (0 ≤ x ≤ 0,4). Обнаружен фазовый переход из моноклинной фазы в кубическую при x = 0,3. Замена Ti4+ на (Cu1/3Nb2/3)4+ оказалась эффективной в регулировании ВКФ почти до нуля при одновременном улучшении значения Q × f. Примечательно, что превосходные микроволновые диэлектрические свойства с εr ≈ 18,3, Q × f ≈ 77 840 ГГц и TCF ≈ +9,8 ppm/°C были достигнуты в керамике LTCN0.2, спеченной при 1140°C. Кроме того, керамика LTCN0.2, легированная 3% масс. превосходные характеристики εr ≈ 21,0, Q × f ≈ 51 940 ГГц и TCF ≈ +1,4 ppm/°C, что обеспечивает широкие перспективы его применения как в устройствах мобильной связи 5G, так и в технологии LTCC. Кроме того, как прототип антенны с диэлектрическим резонатором, так и патч-антенна, разработанные из материалов LTCN0.2 + 3 мас.% H3BO3, демонстрируют хорошие характеристики. DRA обеспечивает высокую модельную эффективность излучения (∼93%) и коэффициент усиления (∼4,03 дБи) на центральной частоте (∼10,19 ГГц). Патч-антенна обеспечивает высокую имитируемую эффективность излучения (∼88,4%) и коэффициент усиления (∼4,1 дБи) на центральной частоте (∼2,49 ГГц), а также малый вес и низкую стоимость, которые могут найти потенциальное применение в BDS.

2021

Микроволновая диэлектрическая керамика из вольфрамовой бронзы с малыми потерями представляет собой диэлектрический материал, который потенциально может применяться для миниатюрных диэлектрических фильтров и антенн в технологии связи 5G. В этой работе был предложен новый метод совместного легирования Al/Nd керамики Ba4Nd9,33Ti18O54 (BNT) с химической формулой Ba4Nd9,33+z/3Ti18-zAlzO54 (BNT-AN, 0 ≤ z ≤ 2) для улучшения диэлектрические свойства за счет структурной и дефектной модуляции. Вместе с керамикой, легированной Al (Ba4Nd9,33Ti18-zAl4z/3O54, BNT-A, 0 ≤ z ≤ 2) для сравнения, керамика была приготовлена твердотельным методом. Обнаружено, что метод совместного легирования Al/Nd оказывает существенное влияние на улучшение диэлектрических свойств по сравнению с легированием Al. С увеличением количества легирования z относительная диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) керамики уменьшались, а значения Q×f керамики явно возрастали при z ≤ 1,5. Отличные микроволновые диэлектрические свойства εr = 72,2, Q×f = 16480 ГГц и τf = +14,3 ppm/℃ были достигнуты в керамике BNT-AN с z = 1,25. Спектроскопия комбинационного рассеяния и метод термостимулированного тока деполяризации (TSDC) впервые были объединены для анализа структуры и дефектов в диэлектрической керамике. Показано, что улучшение значений Q×f было обусловлено уменьшением силы колебания катиона A-узла и концентрации кислородных вакансий (Vö), демонстрируя влияние и механизм, лежащий в основе структурной и дефектной модуляции на производительность. усовершенствование СВЧ-диэлектрической керамики. Введение В настоящее время бурно развиваются телекоммуникационные технологии пятого поколения (5G), в которых важную роль могут сыграть керамические материалы [1]. СВЧ-диэлектрическая керамика с высоким значением Q×f (Q = 1/tanδ, f — резонансная частота) и отличной температурной стабильностью широко используется для изготовления антенн и фильтров 5G [2–5]. Для удовлетворения требований миниатюризации устройств в центре внимания исследований [6] находились СВЧ-диэлектрические керамики со средней/высокой относительной диэлектрической проницаемостью (εr), в том числе TiO2 [7, 8], Ba6 − 3xLn8+2xTi18O54 (BLT, где Ln = редкоземельный элемент) [9, 10], CaOLi2O-Ln2O3-TiO2 [11, 12], Ca1−xLn2x/3TiO3 (CLT) [13–15], перовскит на основе свинца [16, 17] и др. В В последние годы широко исследуются БЛТ со структурой вольфрам-бронза и ХЛТ со структурой перовскита [18–23]. ]. В то же время были разработаны новые керамические системы, такие как Bi2(Li0,5Ta1,5)O7 [24, 25] и BiVO4 [26, 27]. Однако вышеупомянутые керамические материалы либо имеют относительно низкое значение Q×f, либо относительно большой температурный коэффициент резонансной частоты (τf), что пока не может удовлетворить прикладные потребности технологии 5G. Необходимо разработать микроволновую диэлектрическую керамику с лучшими комплексными характеристиками. Кристаллическая структура BLT-керамики состоит из трех типов крупных катионных позиций: ромбических позиций А1, пентагональных позиций А2 и позиций В (занятых Ti4+) в центре октаэдров TiO6 [10]. Согласно отчету Осато [10], Ln 3+ и Ba 2+ соответственно занимают позиции A1 и A2 при x = 2/3, а упорядочение Ln 3+ и Ba 2+ снижает внутреннюю деформацию и приводит к наибольшему Q ×f значение. Для дальнейшего улучшения Q×f значение керамики BLT, было показано большое количество исследований легирующих модификаций, особенно замена Ti 4+ низковалентными катионами в B-центрах. Чен и др. [28] и Tao et al. [29] заменили Ti 4+ таким же количеством Al 3+ для улучшения значения Q×f, при этом условие зарядового баланса не было достигнуто. Чтобы удовлетворить условию баланса заряда, в одном из методов использовались составные ионы, такие как (Cr1/2Nb1/2) 4+, (Mg1/3Nb2/3) 4+ или (Al1/2Nb1/2) 4+ для замены Ti. 4+ [30–32], но усложнил процесс синтеза. Другой метод заключается в использовании избыточных трехвалентных катионов (в 4/3 раза по стехиометрии), таких как Cr 3+ , Al 3+ или Ga 3+, для замещения Ti 4+ [33–36], однако ни одно из исследований не объяснило, в каком месте эти катионы находятся. введены катионы. Учитывая, что сайты A1 структуры BLT обычно заполнены не полностью, избыточные катионы могут попасть в сайты A1. Однако радиусы этих катионов намного меньше размера позиций A1, что может повлиять на стабильность кристаллической решетки и привести к ухудшению значения Q×f. Поэтому важно провести дальнейшее исследование заполнения ионами во время этих процессов легирования. В настоящем исследовании новая стратегия, т.е. е. Совместное легирование Al/Nd в керамике Ba4Nd9.33Ti18O54 (BNT) предлагается для улучшения диэлектрических свойств вольфрамово-бронзовой микроволновой диэлектрической керамики за счет структурной и дефектной модуляции, в которой условие баланса заряда поддерживалось за счет использования того же количества Al 3+ для замены Ti 4+ и добавление Nd 3+ для одновременного заполнения вакансий в позиции A1 с химической формулой Ba4Nd9,33+z/3Ti18-zAlzO54 (BNT-AN, 0 ≤ z ≤ 2). Соответственно для сравнения готовят и керамику Ba4Nd9,33Ti18−zAl4z/3O54 (BNT-A, 0 ≤ z ≤ 2). Теоретическая растворимость в твердом состоянии должна достигаться при z = 2, при котором вакансии в позиции A1 могут быть полностью заполнены. Уточнение Ритвельда, спектроскопия комбинационного рассеяния и термостимулированный ток деполяризации (TSDC) применяются для анализа кристаллической структуры и силы колебания катиона A-сайта. Микроволновая диэлектрическая керамика с лучшими комплексными характеристиками получается путем совместного легирования Al/Nd, и в настоящей статье обсуждается взаимосвязь между структурой и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики. ……………… 4. Выводы Керамика БНТ, легированная алюминием и совместно легированная алюминием и неодимом, изготавливается посредством твердофазной обработки. Сравниваются микроволновые диэлектрические свойства керамики BNT-A и BNT-AN, и взаимосвязь между составом, структурой, дефектами и микроволновыми диэлектрическими свойствами керамики была исследована с помощью уточнения Ритвельда, рамановской спектроскопии и метода TSDC. С увеличением количества легирования значения εr и τf керамики уменьшаются, а значения Q×f сначала увеличиваются, а затем несколько уменьшаются. Значения εr и Q×f керамики BNT-AN выше, чем у керамики BNT-A, что указывает на то, что совместное легирование Al/Nd является новым и превосходным методом легирования, который поддерживает состояние баланса заряда. Результаты уточнения Ритвельда показывают, что в керамике BNT-A имеется небольшое количество неизвестной вторичной фазы, а данные относительной плотности показывают, что керамику BNT-AN труднее уплотнить, что может привести к ухудшению свойств микроволнового диэлектрика. производительность при z ≥ 1,5. Спектроскопия комбинационного рассеяния и измерение TSDC вместе показывают, что значения Q×f керамики BNT-A и BNT-AN тесно связаны с силой колебания катиона A-сайта и концентрацией V ∙ ∙ O . С усилением силы связи между катионами А-позиции и O 2− вклад катионов А-позиции в микроволновые диэлектрические потери уменьшается, а значения Q×f уменьшаются, при этом образование V ∙ ∙ O становится трудный. Также доказано, что в диапазоне микроволновых частот кислородные вакансии влияют на диэлектрические потери, влияя на колебание решетки. Микроволновая диэлектрическая керамика с отличными характеристиками в области среднего/высокого εr была получена с помощью стратегии структурной и дефектной модуляции: εr = 72,2, Q×f = 16480 ГГц и τf = + 14,3 ppm/℃, что может иметь выдающиеся перспективы применения. в технологии 5G.

2021

Датчики, основанные на «явлении резонанса», охватывают широкий спектр важных современных приложений, включая обнаружение биологических и химических агентов и измерение физических величин. Резонансные явления происходят со всеми типами волн: электромагнитными, оптическими и акустическими. В этом обзоре сообщается о самых последних достижениях в разработке и применении резонансных «пассивных» датчиков, то есть резонансных датчиков, способных работать с удаленным источником питания и/или способных связываться с удаленным приемопередатчиком. Датчики, рассматриваемые в данном обзоре, включают акустические, магнитоупругие и электромагнитные преобразователи. Они представлены через их соответствующие технологические аспекты и их основные преимущества, которые включают их интегрируемость во встроенные системы и/или системы, требующие автономности энергии. Кроме того, использование этих резонансных датчиков проиллюстрировано в самых разных приложениях, начиная от мониторинга окружающей среды, мониторинга состояния конструкции, контроля упаковки пищевых продуктов, носимых или имплантированных датчиков для мониторинга физиологических параметров в приложениях, связанных со здравоохранением, до Интернета вещей и будущей промышленности. приложения для мониторинга. ВВЕДЕНИЕ Научный и технический прогресс позволил удовлетворительно рассмотреть обнаружение и мониторинг в режиме реального времени окружающих физических величин или химических или биологических веществ в газообразных или жидких средах, включая биологические жидкости. Физические датчики (температура, давление, деформация, ускорение, магнитное поле…) уже широко используются в производстве и применяются в самых разных секторах, включая автомобильную, потребительскую и т. д. Профилактическое обслуживание и раннее обнаружение отказов, мониторинг вибрации, промышленные Интернет вещей (IoT) и подключенные устройства являются примерами ключевых приложений. Коммерческие платформы также позволяют обнаруживать, диагностировать, отслеживать или количественно оценивать интересующие величины при концентрациях до нескольких частиц на миллиард (ppb) и мкг/л химических или биологических видов по цене от нескольких сотен до нескольких тысяч. долларов. Сочетание недорогой конструкции датчика и оптимизации энергопотребления имеет решающее значение для Индустрии 4.0. Это приведет к быстро реагирующим и гибким производственным процессам с датчиками, интегрированными на протяжении всего жизненного цикла продукта. Что касается приложений, связанных с мониторингом газообразных флюидов, коммерческие системы основаны на различных принципах. Некоторые датчики заявляют об идентификации рисков взрыва, например, пеллисторы и инфракрасные детекторы [1]. Среди устройств и детекторов, предназначенных для обнаружения и мониторинга в режиме реального времени газов или летучих органических соединений (ЛОС) в низких концентрациях, наиболее распространены электрохимические датчики, датчики оксидов металлов (МОх), фотоионизационный детектор (ФИД) и масс-спектроскопия 2]. Что касается анализа биологических и жидких жидкостей в медицине или окружающей среде, обычными методами являются спектрометрия атомной эмиссии плазмы, индуцированная лазером [3], циклическая вольтамперометрия [4], полимеразная цепная реакция в реальном времени (ПЦР) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) [5], твердофазный иммуноферментный анализ (ИФА) [6], радиоиммуноанализ (РИА) [7] и иммунофлуоресценция [8]. Однако эти системы часто являются дорогостоящими и требуют времени и высококвалифицированного персонала из-за методов аппаратуры и связанного с ними анализа сигналов. Несмотря на замечательные технологические достижения, разработка датчиков с высокой чувствительностью, стабильностью, масштабируемостью, воспроизводимостью с учетом воздействия мешающих факторов окружающей среды, низким пределом обнаружения (LOD), эффективной селективностью по отношению к биологическим или химическим видам, энергией автономность, простота использования результатов и разумный уровень затрат остаются главной проблемой [9]. Также стоит отметить, что некоторые обычные преобразователи, связанные с наноструктурированными материалами, такими как оксиды металлов и полупроводники, работают при высоких температурах или на низких частотах или с громоздкими и дорогими инструментами для характеризации, поэтому требуют специального оборудования и значительного энергопотребления. Это затрудняет разработку бортовых или коммуникационных систем, а значит, их развертывание в реальной среде и рентабельный маркетинг. С другой стороны, среда обитания человека богата естественными и искусственными резонаторами, начиная от вибрации кристаллической решетки, музыкальных инструментов и заканчивая сложными устройствами, такими как кварцевые часы, лазеры, спектрометрические системы. Обычно под резонансом понимают усиление отклика системы на внешнее возбуждение на определенной частоте, равной или близкой к ее естественной внутренней частоте. Многие физические системы также демонстрируют противоположное явление, когда их отклик уменьшается или подавляется, если выполняется какое-либо условие резонанса; это называется антирезонансом. Резонанс в виде стоячих волн или в результате рассеяния волн лежит в основе многих известных резонансных явлений в электронике, оптике и акустике. Как следствие, резонаторы могут быть сконструированы различными способами на основе акустических, электромагнитных, оптических и электронных интерференций волн и их связи. Для датчиков резонанс может быть безэнергетическим, он позволяет проводить измерения с высокой точностью и высоким отношением сигнал/шум, действуя как селективный фильтр, отбрасывающий бесполезную часть сигнала. Сообщалось о резонирующих преобразователях, основанных на широком диапазоне частот волн, таких как радиочастота [10], акустические волны [11] и микроволны [12]. Эти технологии по своей сути пассивны, универсальны, портативны и подходят для работы на высоких частотах, поэтому, возможно, могут считываться по беспроводной сети. Их производство основано на полупроводниковых или аддитивных технологиях, что позволяет производить их массово по привлекательным ценам. Кроме того, принципы работы могут дополнять друг друга. Например, акустические платформы обладают исключительной чувствительностью к механическим поверхностным эффектам, а именно к вязкоупругости и плотности массы, в то время как электромагнитные волны особенно чувствительны к электрическим изменениям, включая диэлектрическую проницаемость и проводимость. Их объединение с различными структурированными наноматериалами, работающими при температуре окружающей среды, от органических, неорганических полупроводников, мезопористых материалов, углеродистых и других 2D-подобных наноструктурированных материалов, твердых электролитов до проводящих или полимерных материалов, позволило получить небольшие устройства обнаружения с низким энергопотреблением и высокой чувствительностью. . Работа при комнатной температуре также является ключевым преимуществом для легковоспламеняющихся рабочих сред. В этом контексте в этом обзоре предлагается сосредоточиться на наиболее распространенных и многообещающих пассивных резонансных датчиках, которые произвели революцию в измерениях в реальном времени. Первая часть посвящена подробному обзору принципов акустических, магнитоупругих, микроволновых и радиочастотных преобразователей и дистанционного зондирования. Затем проиллюстрировано множество приложений. Наконец, обобщаются и обсуждаются перспективы развития. ВЫВОДЫ В ходе этого обзора мы определили требования к датчикам, необходимым для решения различных социальных проблем, от окружающей среды до проблем со здоровьем, включая безопасность и будущее промышленности и городов. После этого мы представили анализ преобразователей упругих волн, разработанных на сегодняшний день, со сравнением, показывающим важные параметры для проектирования акустических устройств, соответствующих требованиям целевых приложений. В статье описаны материалы, а также методы дистанционного зондирования, используемые для целей мониторинга. Аналогичным образом обсуждались различные категории электромагнитных преобразователей РЧ. Кроме того, был описан обзор некоторых важных исследовательских работ, направленных на различные применения этих резонансных акустических и радиочастотных датчиков для обнаружения аналитов в газообразных и жидких жидкостях, а также для мониторинга физических величин. С положительной стороны, инновации в конструкции, доступность материалов и прогресс в технологии позволили создать очень чувствительные резонаторы, как сообщается в литературе и иллюстрируется включенными таблицами и соответствующими обсуждениями с точки зрения приложений. Тем не менее, существуют ограничения для того, чтобы сделать эти датчики рыночными. Прежде всего, «избирательность» остается серьезной проблемой для текущих исследований в области химических и биологических сенсоров. В разделе, посвященном будущим задачам и возникающим потенциальным решениям, сообщается о некоторых направлениях, которые могут распространяться на желаемые потребности.

2021

В данной работе изучались микроволновые диэлектрические свойства керамики Ba4(Nd1-yBiy)28/3Ti18-x(Al1/2Ta1/2)xO54(0≤x≤2, 0,05≤y≤0,2), созамещенной A/B- сайт изучали. Во-первых, (Al1/2Ta1/2) 4+ использовали для замены в B-сайте. Установлено, что при 0≤x≤1,5 указанная керамика существует в однофазной структуре вольфрамовой бронзы, а при x = 2,0 появляется вторичная фаза. Хотя диэлектрическая проницаемость уменьшилась при легировании (Al1/2Ta1/2)4+, но наблюдалось улучшение добротности на 40% и снижение температурного коэффициента резонансной частоты на 75%. На основании приведенных выше результатов в Ba4Nd28/3Ti17(Al1/2Ta1/2)O54 был введен Bi3+. Введение Bi3+ снизило температуру спекания, значительно улучшило диэлектрическую проницаемость и, в конечном счете, уменьшило температурный коэффициент резонансной частоты, но привело к ухудшению добротности. Наконец, при надлежащем контроле содержания замещения сайта (x = 1,0, y = 0,15) были получены превосходные комплексные свойства (εr = 89,0, Q × f = 5844 ГГц при 5,89 ГГц, TCF = +8,7 ppm/°C) для образцы спекали при 1325 ◦C в течение 4 ч. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика является ключевым материалом для связи в микроволновом диапазоне [1,2]. С быстрым развитием технологий связи материал для микроволнового диэлектрика должен иметь следующие основные параметры: (1) высокое значение εr; (2) высокое значение Q × f; (3) близкое к нулю значение TCF [3,4]. Керамика Ba6-3xNd8+2xTi18O54 (BNT) обладает повышенными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr > 80, Q×f > 5000 ГГц, TCF = +50-+150 ppm/°C), наиболее подходящими для оборудования мобильной связи [5,6] , и широко беспокоит исследователей. Но относительно высокий температурный коэффициент резонансной частоты серьезно ограничивает его применение в устройствах связи. Керамика БНТ имеет структуру вольфрамовой бронзы [7], соединенную общей вершиной кислородного октаэдра в незаполненную пространственную сетку. И доказано, что наибольшая добротность при x = 2/3 наблюдается в керамике Ba6-3xNd8+2xTi18O54 [8]. Были проведены огромные исследования по настройке свойств керамики BNT путем модификации каркаса путем замещения. Например, использование атомов Ca2+ или Sr2+ для замены Ba2+ в позиции A2 керамики BNT может улучшить диэлектрическую проницаемость керамической системы, но, к сожалению, при этом возрастет температурный коэффициент резонансной частоты [9]. В другом исследовании Nd3+ в позиции A1 заменен на Bi3+ и Sm3+, предполагается, что такого рода замещение может эффективно снизить температурный коэффициент резонансной частоты [10–14. Кроме того, замена Bi3+ также может улучшить диэлектрическую проницаемость керамических материалов. В то время как в случае замещения B-сайта в литературе наблюдались замены Al3+, Sn4 , Zr4+, (Al1/2Nb1/2) 4+ и (Cr1/2Nb1/2) 4+ [15–19], что доказывает, что B замена сайта может эффективно регулировать добротность и температурный коэффициент резонансной частоты керамических материалов. Теоретически совместное замещение позиций A/B может гораздо лучше регулировать комплексные микроволновые диэлектрические свойства керамики. Учитывая, что использование (Al1/2Nb1/2) 4+ для замещения B-сайта дало хорошие экспериментальные результаты [19], так как Ta5+ и Nb5+ демонстрируют одинаковый ионный радиус, а Bi3+ может значительно регулировать микроволновые диэлектрические свойства. В этой статье основное внимание уделяется козамещению Bi3+/(Al1/2Ta1/2) 4+ в позиции A/B в керамике Ba4Nd28/3Ti17(Al1/2Ta1/2)O54. Химическая формула солегированной керамики представлена как Ba4(Nd1-yBiy)28/3Ti18-x(Al1/2Ta1/2)xO54(0≤x≤2, 0,05≤y≤0,2). ………… Вывод Соответствующее содержание замещения висмута и алюминия в керамике Ba4(Nd1-yBiy)28/3Ti18-x(Al1/2Ta1/2)xO54(0≤x≤2,0,05≤y≤0,2) может улучшить комплексные характеристики. Введение (Al1/2Ta1/2) 4+ улучшило добротность и уменьшило температурный коэффициент резонансной частоты, но привело к уменьшению диэлектрической проницаемости. Его недостатки были компенсированы введением Bi3+, улучшен температурный коэффициент резонансной частоты, а также увеличена диэлектрическая проницаемость. При x = 1,0 и y = 0,15 можно получить превосходные микроволновые диэлектрические свойства εr = 89,0, Q × f = 5844 ГГц (при 5,89 ГГц), TCF = +8,7 ppm/°C.

2021

BaF2 представляет собой низкотемпературный фторид с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, в то время как уплотнение керамики BaF2 является сложной задачей при обычном спекании. В настоящей работе методом холодного спекания (150–600 МПа, 150 °С, 1 ч) и последующего доотжига при 900 °С получена плотная керамика BaF2 с относительной плотностью 95,3–98,5 %. Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, демонстрируют плотно упакованные микроструктуры, а также идентифицирована химическая совместимость между керамикой BaF2 и Ag-электродами. Оптимальное значение Qf (82 320 ГГц) в 1,53 раза выше, чем при обычном спекании (53 654 ГГц), при диэлектрической проницаемости εr = 7,3 и температурном коэффициенте резонансной частоты τf = –107,9 м.д./°C. Кроме того, изготовлена микрополосковая патч-антенна на основе BaF2, которая обеспечивает S11 = –16,5 дБ, высокий коэффициент усиления 5,84 дБ и общую эффективность –0,38 дБ на частоте 5,78 ГГц. Исключительные микроволновые диэлектрические свойства и характеристики антенны указывают на то, что керамика BaF2 является многообещающим кандидатом для применения в беспроводных локальных сетях с частотой 5,8 ГГц. Введение Продолжающаяся волна сетевых преобразований подпитывается быстрым развитием технологий беспроводной связи. Быстро развертываемая технология дала современному обществу возможность расширять сетевые коммуникации в областях, где традиционная проводка может быть слишком дорогой или невозможной. Беспроводная локальная сеть (WLAN) — один из самых популярных способов построения беспроводных сетей. Несущие частоты WLAN включают нижнюю полосу частот 2,4 ГГц (2,4–2,484 ГГц) и верхнюю полосу частот 5,8 ГГц (5,725–5,825 ГГц) [1,2]. В настоящее время диапазон 2,4 ГГц становится переполненным из-за резкого роста потребностей в беспроводной связи. Многие пользователи предпочитают использовать полосу частот 5,8 ГГц, поскольку она обеспечивает больший спектр и меньше помех. Микроволновая диэлектрическая керамика утвердила свой статус в системах беспроводной связи за счет улучшения размера и плотности упаковки микроволновых интегральных схем [3-5]. Для применения в подложке антенны решающими характеристиками микроволновой диэлектрической керамики являются низкая диэлектрическая проницаемость (εr), высокая добротность (Qf) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf). Кроме того, низкая температура уплотнения (<960 °C) позволяет проводить совместный обжиг керамики с проводящими электродами (такими как Ag), что дает возможность применять ее в технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) [5–7]. Согласно уравнению Клаузиуса-Моссотти εr определяется ионной поляризуемостью на единицу объема [8]. Следовательно, поиск материалов с низким εr в основном сосредоточен на оксидах с низкой поляризуемостью (таких как силикаты, алюминаты и бораты [9–14]). Недавно исследователи расширили список материалов с низким εr до фторидов, поскольку F имеет более низкую ионную поляризуемость 1,62 Å3, чем у O (2,01 Å3) [15]. Гейер и др. подготовил серию фторидных монокристаллов и сообщил о превосходных диэлектрических характеристиках в микроволновом диапазоне частот [16]. Чжан и др. сообщили о новой керамике Li5Ti2O6F с низкими потерями и определили их потенциальное применение в технологии LTCC [17]. Сонг и др. подготовили керамику BaF2 с низким обжигом посредством обычного спекания (CS) при 925 ° C и сообщили о низком εr 6,72 и приемлемом значении Qf 53 654 ГГц [18]. Между тем из-за захвата газа и низкой движущей силы уплотнения во время CS оптимальная относительная плотность обычной спеченной керамики BaF2 составила всего 92,04%. [18]. Учитывая, что пористая микроструктура, как известно, вредна для значений Qf, оптимизация уплотнения в керамике BaF2 может привести к прорыву в разработке фторидов с низкими потерями. Холодное спекание — это новый метод низкотемпературной консолидации, в котором применяются высокие давления (сотни МПа) для ускорения диффузии по границам зерен/поверхности и массопереноса [19,20]. Недавние работы по сверхнизкотемпературному (ниже 200 °C) уплотнению посредством холодного спекания в основном сосредоточены на компонентах с высокой растворимостью (обычно в воде), таких как Li2MoO4 (44,8 г/100 мл), NaCl (36 г/100 мл) и H3BO3 (5,80 г/100 мл) [14,21,22]. Для нерастворимых соединений, таких как BaTiO3, K0.5Na0.5NbO3 и TiO2, обычно требуется последующая обработка после отжига [23–25]. Следовательно, учитывая большой потенциал улучшения характеристик и низкую растворимость (0,161 г/100 мл) BaF2 [26], керамику BaF2 получают с помощью процесса холодного спекания с последующим отжигом при 900 °C. Систематически исследуются уплотнение, микроволновые диэлектрические свойства и их химическая совместимость с серебряными электродами. Кроме того, микрополосковая антенна на основе BaF2, работающая на частоте 5,8 ГГц, спроектирована и изготовлена для определения их потенциальных приложений для WLAN. Обратные потери, диаграмма направленности, коэффициент усиления и общий КПД антенны на основе BaF2 измеряются и сравниваются с моделируемыми. …………………… Выводы Керамика BaF2 с относительной плотностью 95,3~98,5 % была получена путем холодного спекания (150–600 МПа, 150 °С, 1 ч) и последующих доотжигов при 900 °С. Результаты XRD и EDS демонстрируют удовлетворительную химическую совместимость между керамикой BaF2 и Ag-электродами, что указывает на большие перспективы применения в технологии LTCC. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 7,3, Qf = 82 320 ГГц и τf = -109,4 ppm/°C) получены при приложенном одноосном давлении 600 МПа. Оптимальное значение Qf в 1,53 раза больше, чем для традиционно спеченной керамики BaF2 (53 654 ГГц). Изготовлена патч-антенна на основе BaF2, работающая на частоте 5,78 ГГц с S11 -16,5 дБ. Получены хорошие совпадения между измеренными и смоделированными результатами, а спроектированная антенна демонстрирует удовлетворительное усиление и общую эффективность 5,84 дБ и -0,38 дБ соответственно. Превосходные характеристики антенны соответствуют ожидаемым свойствам, что указывает на то, что керамика BaF2 холодного спекания и последующего отжига является многообещающим кандидатом для приложений WLAN 5,8 ГГц.

2021

Силикатная керамика имеет большие перспективы в качестве высокочастотных диэлектриков в новых приложениях миллиметрового диапазона, включая широкополосную беспроводную связь и датчики. В этом обзоре мы показываем, как в упорядоченных силикатных структурах возникают высокие добротности и низкие термически стабильные диэлектрические проницаемости. На основе большого количества существующих исследований диэлектрические характеристики силикатной керамики всесторонне обобщены и представлены, показывая, как микроструктура и тетраэдрическая связность SiO4 влияют на поляризуемость и диэлектрические потери. Мы критически изучаем пригодность силикатных материалов для будущих применений в качестве эффективных диэлектриков миллиметрового диапазона с низкими потерями и настраиваемой диэлектрической проницаемостью. Определено, что разработка новых способов обработки силикатной диэлектрической керамики на основе мягкой химии способствует снижению температуры обработки, что позволяет совместно обжигать силикатную керамику при производстве компонентов, работающих в режиме миллиметровых волн. Введение Керамические диэлектрические материалы легли в основу развития беспроводных технологий в последние десятилетия. С быстрым распространением подключения к Интернету на все более широкий спектр электронных устройств (Интернет вещей, IoT) и внедрением новых сетевых технологий с высокой пропускной способностью, таких как телекоммуникации 5G, интеллектуальные транспортные системы (ИТС), дистанционное здравоохранение и сверхвысокое разрешение. телевидения (UHDTV), ожидается, что в ближайшие годы трафик беспроводной передачи данных увеличится примерно в 10 000 раз [1]. Чтобы приспособиться к этому значительному увеличению, необходимо будет использовать беспроводную передачу данных в диапазоне миллиметровых волн (ммВт) от 30 до 300 ГГц и даже выше с соответствующим изменением диэлектрических материалов, используемых в различных компонентах. По сравнению с частотами в диапазоне 5-30 ГГц частоты мм Вт предлагают экспоненциально большую полосу пропускания при более низком компоненте и более узких размерах луча [2]. Чтобы понять удивительно быстрый рост мобильного трафика данных, обусловленный возможностями подключения устройств и беспроводными широкополосными инновациями, могут быть полезны несколько цифр: • Достигнув примерно 15,4 миллиардов в 2015 году, ожидается, что количество установленных во всем мире устройств IoT превысит 75 миллиардов в 2025 году. [3] • Технологии IoT могут принести до 14,4 триллионов долларов США в стоимости [4], а общий объем инвестиций в этот рынок, по прогнозам, достигнет 15 триллионов долларов к 2025 году [5] • В 2013 году прогнозируется, что глобальный объем мобильного трафика данных составит достичь 11,2 эксабайта (ЭБ) в месяц к 2017 г. [5]. Эта оценка была превышена: в этом году было зарегистрировано 11,51 ЭБ в месяц [6]. • Последние данные Международного союза электросвязи (МСЭ) предсказывают ежегодный рост объема беспроводной передачи данных не менее чем на 55% с внедрением технологий 5G, связи подключенных устройств, а также помощи водителю и автономного транспорта [7]. . • При таком прогнозируемом темпе роста годовой трафик составит 368 000 ЭБ или 3,68x1023 байта в 2035 г. (рис. 1). Эту оценку можно считать консервативной, учитывая, что внедрение перспективной технологии 6G с увеличенной в 100 раз скоростью передачи данных по сравнению с 5G уже не за горами [7]. Компоненты, используемые в современных приложениях миллиметрового диапазона, в основном основаны на материалах, изначально разработанных для использования в низкочастотных микроволновых системах. Быстрый прогресс в разработке систем связи и радиолокации на основе миллиметрового диапазона для автономных транспортных средств вызывает потребность в новых керамических диэлектрических компонентах в виде диэлектрических резонаторов, фильтров, антенн, волноводов и подложек, которые лучше подходят для эффективного высокочастотного применения и широкомасштабного применения. производство. В частности, материалы с улучшенными характеристиками диэлектрических потерь будут пользоваться большим спросом, поскольку используемые в настоящее время материалы на более низких частотах не будут применимы в высокочастотном диапазоне, где диэлектрические потери будут повышены. Помимо соответствующих диэлектрических свойств, материалы для таких применений должны иметь низкие температуры спекания, чтобы облегчить их внедрение в виде низкотемпературной керамики совместного обжига (LTCC), которые часто применяются для изготовления интегрированных компонентов и подложек, которые, как правило, относятся к категории диэлектриков. на основе их относительной диэлектрической проницаемости 𝜀𝑟 , также называемой диэлектрической проницаемостью 𝑘, которая описывает отношение абсолютной диэлектрической проницаемости материала 𝜀 к диэлектрической проницаемости вакуума 𝜀0 𝑘 = 𝜀𝑟 = 𝜀 𝜀0 (1) Здесь эти термины взаимозаменяемы. Оксидная керамика с низкими потерями и промежуточными значениями 𝜀𝑟 уже давно представляет особый интерес для устройств, использующих микроволновые частоты, включая приложения в сотовых телефонах, спутниковой связи и беспроводной локальной сети. В диэлектрических резонаторах, работающих на частотах до 10 ГГц, обычно используются перовскитные материалы с малыми потерями и значениями 𝜀𝑟 в диапазоне 20-100 для обеспечения функциональности и миниатюризации компонентов. Однако для диэлектрических компонентов, работающих в миллиметровом диапазоне и выше, требования к материалам несколько различаются. На частотах мм Вт длина волны и размеры схемы уменьшаются, и требуются более строгие допуски на параметры материала схемы. В частности, при переходе к более высоким частотам (> 30 ГГц) миниатюризация резонатора не вызывает беспокойства, и желательны материалы с более низкой диэлектрической проницаемостью, при этом минимизация диэлектрических потерь и стабильность эффективных значений 𝑘 имеют еще большее значение. Хорошо контролируемые диэлектрические проницаемости и низкие уровни диэлектрических потерь имеют большое значение также и в пассивных компонентах миллиметрового диапазона, таких как безызлучательные волноводы и подложки. Из-за своей кристаллохимии особый класс оксидов, а именно силикаты, естественным образом обладают низкими 𝜀𝑟 , потенциально низкими уровнями диэлектрических потерь и относительно устойчивы к температурным изменениям как в рабочих, так и в механических свойствах. Кроме того, многие известные силикатные материалы, как природные, так и синтетические, в большом количестве состоят из щелочных, щелочноземельных металлов и кремния, что делает их производство недорогим и надежным. Следовательно, силикаты все чаще становятся предметом исследования материалов для новых высокочастотных применений. Заинтересованный читатель может найти множество обзоров, в которых резюмируются керамические материалы для СВЧ и миллиметрового диапазона, включая их производство, характеристики и применение [8–20]. Тем не менее, разработка и применение силикатной керамики для сверхвысокочастотных приложений все еще находится на ранней стадии и заслуживает более тщательного изучения. Заключение В качестве подхода к удовлетворению быстро растущей потребности в хорошо контролируемых диэлектриках с низким k в новых приложениях миллиметрового диапазона силикатная керамика обладает привлекательными свойствами. Следовательно, они стали центром многочисленных исследований таких приложений, которые были рассмотрены здесь. Характеристики рассмотренных материалов с точки зрения относительной диэлектрической проницаемости, диэлектрических потерь и температурного фактора резонансной частоты показывают, что силикаты являются недорогими материалами-кандидатами для применения в верхнем диапазоне микроволновых частот в качестве диэлектрических резонаторов, волноводов, фильтров и материалов подложки. Самым непосредственным препятствием для использования силикатной диэлектрической керамики является то, что этот класс материалов в настоящее время ограничен с точки зрения зарегистрированных составов, сочетающих соответствующие значения диэлектрических характеристик с температурами спекания.

2021

Двумерные материалы относятся к материалам, в которых электроны могут свободно перемещаться только в нанометровом масштабе в двух измерениях и имеют более разнообразную структуру и разнообразные свойства, чем твердофазные материалы. В последнее десятилетие двумерные материалы привлекли значительное внимание из-за их превосходных физических свойств, таких как графен, дисульфид молибдена (MoS2) и MXenes. Между тем, благодаря своей особой структуре, отличной электропроводности, богатой поверхности и хорошей механической прочности, двумерные материалы обладают уникальными электромагнитными свойствами и имеют потенциальные применения для поглощения электромагнитных волн, экранирования и радиолокационной невидимости. В этом обзоре объективно рассматривается прогресс в области двумерных материалов, поглощающих микроволновое излучение, включая графен, MoS2 и MXene, а также их композиты, с акцентом на достижения последних нескольких лет и текущие проблемы. Кроме того, будут обсуждаться характеристики двумерных материалов, поглощающих микроволновое излучение в различных диапазонах частот, а также их применение в электронной связи и радиолокационной скрытности. Введение 1.1. Материалы, поглощающие микроволновое излучение Материал, поглощающий микроволновое излучение, также известный как радиопоглощающий материал или материал, скрывающий радиолокационное излучение, который может поглощать микроволновую энергию без рассеяния и отражения [1]. Основной принцип поглощения микроволн заключается в преобразовании энергии микроволн в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду с помощью различных механизмов поглощения. Материалы, поглощающие микроволны, должны иметь достаточно высокую скорость поглощения микроволн и широкую полосу поглощения для приложений [2,3]. Кроме того, они должны обладать и другими характеристиками, такими как малая толщина, малая поверхностная плотность, высокая механическая прочность и экологичность [4–10]. В целом материалы, поглощающие микроволновое излучение, можно разделить на интерференционные и поглощающие в зависимости от принципов их работы [11–13]. Когда падающая электромагнитная волна входит внутрь материала, обычно происходит отражение, поглощение и передача электромагнитных волн [14]. В нормальных условиях при рассмотрении оценки характеристик поглощения электромагнитных волн необходимо учитывать два момента: согласование импеданса и характеристики затухания[15]. По типу потерь различают потери проводимости, диэлектрические потери и магнитные потери. Чтобы электромагнитные волны максимально проникали в материал, материал должен соответствовать импедансу свободного пространства. Согласно теории линий передачи [16], коэффициент отражения Γ электромагнитных волн от материала, импеданс (Z0) свободного пространства и импеданс (Zin) материала задаются следующими соответствующими уравнениями: Γ = (Zin − Z0)/(Zin + Z0) (1) Zin = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ (μr/εr) √ , Z0 = ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ (μ0/ε0) √ (2) где µr и εr представляют собой комплексные проницаемость и диэлектрическую проницаемость материала, а µ0 и ε0 представляют соответственно проницаемость и диэлектрическую проницаемость свободного пространства. Импеданс материала может быть максимально приближен к импедансу свободного пространства, чтобы свести к минимуму отражение электромагнитных волн[17]. Когда электромагнитные волны попадают внутрь материала, они будут взаимодействовать с материалом. Другими словами, материал должен иметь большие внутренние потери, включая диэлектрические и магнитные потери [18]. 1.2. Двумерные материалы, поглощающие микроволновое излучение Графен является типичным двумерным материалом, который с момента своего открытия привлекает большое внимание из-за его потенциального применения в различных научных областях, таких как хранение энергии, доставка энергии, электрохимия, катализ и оптоэлектроника, благодаря своим превосходным химическим и физическим свойствам. и сверхтонкой толщины[19]. С развитием техники и науки возрастает влияние электромагнитного излучения на окружающую среду[20]. Поэтому разработка материалов, поглощающих электромагнитные волны, для подавления электромагнитного загрязнения становится основным предметом материаловедения. В связи с этим двумерные материалы, поглощающие микроволновое излучение, стали предметом исследований из-за их легкого веса и превосходных физических и химических свойств. На рис. 1 представлены данные публикации двумерных материалов в области микроволнового поглощения, при этом в последние два года наблюдается значительный рост. В настоящее время двумерные материалы, поглощающие микроволновое излучение, в основном включают графен [21], MoS2 [22], MXene [23, 24] и их комбинацию с другими диэлектрическими или магнитными материалами. На рис. 2 представлены принципиальные схемы процесса приготовления на основе нескольких типичных композиционных материалов. Структуры композитов зависят от структур двумерных материалов со слоистой морфологией, желточной оболочкой и нанопроволокой. Такие композиционные материалы могут иметь отличные электрические, термодинамические и механические свойства, а также такие преимущества, как малая плотность, большая удельная поверхность и высокая термическая стабильность [21,23]. Самое главное, они обладают многообещающими характеристиками поглощения микроволн, с так называемыми «тонкими, легкими, широкими и прочными» требованиями [25]. Этот обзор систематически подводит итог исследованиям двумерных материалов в области микроволнового поглощения. Обсуждая свойства поглощения микроволн графена, дисульфида молибдена, мксена и их композитных материалов, был найден эффективный метод улучшения свойств поглощения микроволнового излучения композитными материалами. Наконец, мы выдвигаем некоторые направления и перспективы дальнейшего развития. ……………… Обзор Таким образом, мы систематически рассмотрели последние достижения в области двумерных материалов, поглощающих микроволновое излучение, и их применения, включая rGO, MoS2, Mxenes и их композиты, а также другие двумерные материалы. Чтобы удовлетворить потребности сложной электромагнитной среды в будущем, необходимо дальнейшее улучшение поглощающих характеристик двумерных материалов. Мы считаем, что существует важное пространство для исследований в следующих областях: (1) Оптимизируйте состав и структуру композитного поглощающего материала, улучшите релаксацию поляризации на границе раздела между компонентами, полностью используйте синергию между компонентами и добивайтесь поглощения и их комбинации в разных масштабах. Кроме того, двумерные материалы, поглощающие микроволновое излучение, могут найти применение в гибких устройствах. Толщина композитного поглотителя волн сведена к минимуму. Например, подходящий химический метод, такой как гидротермальный, может быть использован для объединения двумерных материалов и магнитных материалов для получения композитов с особой микроструктурой и морфологией. (2) Он может адаптироваться к различным диапазонам частот, соответствующим рабочим частотам большинства гражданских беспроводных электронных устройств и важных военных инструментов обнаружения, таких как метровые, сантиметровые, миллиметровые и инфракрасные волны. (3) Между тем, экологичность, удобство в использовании и простота приготовления являются дополнительными требованиями к материалам, поглощающим микроволновое излучение, без ущерба для их характеристик. Кроме того, следует дополнительно изучить способность двухмерных материалов, поглощающих микроволновое излучение, адаптироваться к сложным условиям, таким как высокая температура и коррозионная стойкость, чтобы расширить их применение в суровых условиях поля боя. (4) Необходимо дополнительно изучить взаимосвязь между микроструктура и морфология двумерных материалов и их комбинации в разных масштабах. Кроме того, двухмерный материалы, поглощающие микроволновое излучение, могут найти применение в гибких устройствах.

2021

Две керамики Sr3B2Ge3O12 со структурой кубического граната (B = Yb, Ho; называемые SYG и SHG), синтезированные методом высокотемпературной твердофазной реакции, были исследованы с точки зрения фазообразования, поведения при спекании и микроволновых диэлектрических характеристик. При оптимальных температурах спекания SYG имели низкую диэлектрическую проницаемость (εr) = 9,30, высокую добротность (Q × f) = 129 360 ГГц и отрицательный температурный коэффициент резонансной частоты (τf) = − 42 ppm/℃, тогда как SHG демонстрировал низкий εr = 9,23, Q × f = 104 600 ГГц и относительно близкое к нулю значение τf = − 26 ppm/℃. Различие в микроволновых диэлектрических характеристиках обеих керамик обсуждалось по доле упаковки, полной ширине на полувысоте (FWHM) рамановской моды A1g при 779 см-1 (775 см-1) и валентности связи. Собственные диэлектрические свойства керамики SYG и SHG были исследованы по спектрам инфракрасного отражения, а их отрицательные значения τf были настроены близко к нулю. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика привлекает все большее научное и коммерческое внимание в связи с ее широкими перспективами применения на рынке 5G из-за ее преимуществ небольшого размера, легкого веса и высокого коэффициента качества (Q × f) [1–4]. Общая тенденция рабочей частоты для связи 5G - миллиметровая волна, а некоторые специальные полосы частот следующие: 24,25–27,5 ГГц, 37–43,5 ГГц и 66–71 ГГц. Основными требованиями к применению миллиметровых волн являются широкая полоса пропускания, более высокая скорость передачи с очень малой временной задержкой и высокая стабильность [5–6]. Поэтому требуются новые материалы с низкой диэлектрической проницаемостью (εr < 20), сверхнизкими диэлектрическими потерями (высокая добротность >5000 на рабочей частоте) и близкими к нулю значениями τf для термической стабильности [7–9]. Керамика граната Y3Al5O12 (температура спекания =1650 ◦C/24 ч, сверхвысокая Q × f = 440 000 ГГц, низкая εr = 10,5 и τf = -66 ppm/◦C) [10] и Re3Ga5O12 (Re: Nd, Sm, Eu, Dy, Yb и Y) с высокими температурами спекания 1350 ◦C ‒1500 ◦C, высоким значением Q × f (от 40 000 до 192 173 ГГц), низким εr (11,5‒12,5) и относительно стабильным τf (−33,7 ppm/ ◦C до −12,4 ppm/◦C) [11] были разработаны с низким εr, а микроволновые диэлектрики со сверхмалыми потерями используются в качестве микроволновых резонаторов и усовершенствованных подложек в микроволновых интегральных схемах. Однако высокие температуры их спекания препятствуют их практическому использованию. Гранаты с общей формулой А3В2С3О12 (пространственная группа Ia-3d, Z = 8) состоят из разнотипных полиэдров (додекаэдра [А], октаэдра [В] и тетраэдра [С]), которые имеют большое разнообразие композиционных производных за счет уникальная кристаллическая структура. Редкоземельные и щелочноземельные элементы обычно занимают позиции А. Позиции B в основном содержат редкоземельные и переходные металлы. Поливалентные катионы, в том числе V5+/As5+ и Si4+/Ge4+, описаны в C-цитах [12]. Некоторые гранаты на основе ванадатов показали характеристики относительно хороших диэлектрических характеристик и низких температур спекания, такие как Sr2NaMg2V3O12 (εr = 11,7, Q × f = 37 950 ГГц и τf = −2,9 ppm/°C) [13]; Na2PrMg2V3O12 (εr = 12,6, Q × f = 15040 ГГц и τf = – 45,1 м.д./°C) [14]; Na2YbMg2V3O12 (εr = 13,1, Q × f = 22 040 ГГц и τf = – 59,2 м.д./°C) [14]; Na2BMg2V3O12 (B = Nd, Sm) с εr ~ 12, Q × f = 26, 544 ГГц и τf ~ −69 м.д./°C [15]; NaPb2B2V3O12 (B = Mg, Zn) с εr ~ 20,6–22,4, Q × f ~ 7900–22800 ГГц, τf ~ −6–25,1 м.д./°C [16]; AgPb2B2V3O12 (B = Mg, Zn) с εr ~ 23,3–26,4, Q × f ~ 26 900–28 400 ГГц и τf ~ −18,4–19,3 м.д./°C [17]. Однако эти значения Q × f неэффективны для применения в миллиметровом диапазоне. Таким образом, поиск высокодобротных гранатов продолжается. Недавно сообщалось, что некоторые гранаты на основе германата обладают относительно высокими значениями Q × f, такие как Ca3Al2GeO12 (εr = 7,6, Q × f = 104 100 ГГц и τf = −15 ppm/°C) [18] и Ca3Y2Ge3O12 с низким значением εr 10,8. , высокое значение Q × f, равное 97 126 ГГц, и значение τf, равное −40,6 ppm/°C) [19]. Фанг и др. выявили влияние разнообразного распределения катионов в позиции А на свойства СВЧ-диэлектрической керамики с гранатовой структурой [19]. Sr3B2Ge3O12 (B = Yb, Ho), принадлежащий к семейству гранатов, был исследован как хороший материал решетки для люминесцентных свойств [20,21]. Влияние различных катионов в положении B в гранатовой керамике Sr3B2Ge3O12 на диэлектрические характеристики не изучалось. Таким образом, в данной работе были приготовлены керамики с гранатовой структурой Sr3B2Ge3O12 (B = Yb, Ho) и изучены их фазовая эволюция, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства. Спектры комбинационного рассеяния света и инфракрасные спектры отражения были проанализированы для изучения взаимосвязи между собственными диэлектрическими характеристиками и кристаллической структурой. …………… Выводы В этом исследовании керамика SYG и SHG со структурой кубического граната была синтезирована при температуре 1100–1280 ℃ традиционным методом твердофазной реакции. Плотная и однородная керамика была получена при 1240 ℃ для SYG с низким εr = 9,30, высоким Q × f = 129 360 ГГц и отрицательным τf = − 42 ppm/℃. Кроме того, в то время как керамика SHG, спеченная при 1260 ℃, показала низкие значения εr = 9,23, Q × f = 104 600 ГГц и относительно близкое к нулю значение τf, равное −26 ppm/℃. Измеренное значение εr в керамиках SYG и SHG было относительно близко к теоретическим значениям εth. Разница в значениях Q × f сильно зависела от степени упаковки и полуширины рамановской моды A1g при 779 см–1 (775 см–1). Чем больше |τf| значение SYG было связано с пониженной валентностью связи. В микроволновом диапазоне диэлектрическая поляризация возникает в основном за счет фононного поглощения в инфракрасной области. Отрицательные значения τf керамики SYG и SHG были доведены почти до нуля путем формирования композитной керамики с CaTiO3.

2021

Новая микроволновая диэлектрическая керамика EuNbO4 с моноклинной структурой (PDF № 22-1099) была синтезирована с использованием обычного твердофазного реакционного процесса. Для исследования фазовых составов и параметров кристаллов использовались рентгеновская дифракция и уточнение по методу Ритвельда. В сочетании с результатами уточнения взаимосвязь структура-свойство была проанализирована с использованием теории химических связей сложных кристаллов. Микрорельеф поверхности был охарактеризован с помощью сканирующего электрического микроскопа, а плотная и однородная микроструктура наблюдалась в керамике EuNbO4, спеченной при 1125 ◦C. Инфракрасные спектры отражения показали, что поглощение структурных фононных колебаний может быть основным вкладом в поляризацию для керамики EuNbO4. Оптимальные диэлектрические свойства с εr = 19,1, Q × f = 15014 ГГц и τf = −16,42 ppm/◦C были достигнуты в керамике EuNbO4, спеченной при 1125 ◦C. Введение Микроволновая диэлектрическая керамика широко используется в технологии GPS-антенн, диэлектрических волноводных цепях, радарах и устройствах беспроводной связи. В последнее время непрерывное развитие телекоммуникационных технологий 5G выдвинуло более высокие требования к микроволновым диэлектрическим материалам [1,2]. Диэлектрические материалы для СВЧ-диапазона должны иметь надлежащую диэлектрическую проницаемость для миниатюризации устройств, высокий коэффициент качества для соответствия частотно-селективной полосе пропускания и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты для устойчивости к окружающей среде [2–5]. Исследователи приложили огромные усилия для получения превосходных диэлектрических материалов для микроволнового излучения, включая поиск новых систем материалов, улучшение свойств за счет ионного замещения и улучшение характеристик спекания за счет добавления спекающих добавок [6–14]. Однако по-прежнему существует потребность в поиске новых материалов с высокими характеристиками для приложений беспроводной связи [15–17]. Кроме того, необходимо исследовать взаимосвязь между диэлектрическими свойствами и структурой. Недавно ортониобаты редкоземельных элементов (RENbO4) привлекли большое внимание из-за их свойств смешанной протонной, естественной ионной и электронной проводимости. Сикейра и др. изучали кристаллическую структуру ортониобатов лантаноидов методом колебательной спектроскопии и определяли активные моды комбинационного рассеяния [18]. Сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах серии керамики RENbO4 [19,20]. Например, керамика (Nd0,9Bi0,1)NbO4 показала хорошие микроволновые диэлектрические свойства: εr = 22,5, Q × f = 50 000 ГГц и τf = −9 ppm/◦C было получено при 1150 ◦C [19]. Керамика LaNbO4 с диэлектрическими свойствами εr = 20,26, Q × f = 59 740 ГГц и положительным значением τf = 7,44 ppm/◦C была получена при 1275 ◦C [20]. Керамика RENbO4 показала отличные диэлектрические свойства, что указывает на большой потенциал решетки при применении устройств микроволновой связи. Поэтому необходимо разработать новую СВЧ-диэлектрическую керамику RENbO4. Согласно отчету Чена, EuNbO4 является перспективным высокотемпературным термобарьерным покрытием [21]. Он также обладает отличными фотолюминесцентными свойствами. Однако, насколько нам известно, нет сообщений о микроволновых диэлектрических свойствах керамики EuNbO4. В этой работе материалы EuNbO4 (ENO) были успешно изготовлены с помощью классического процесса твердотельной реакции. Поведение при спекании и структурные особенности керамики ENO были систематически проанализированы с использованием XRD, SEM и уточнения по Ритвельду. На основе параметров кристалла и теории химических связей сложных кристаллов были рассчитаны внутренние факторы (т. Е. Энергия связи), а инфракрасные (ИК) спектры отражения использовались для исследования влияния мод колебаний на диэлектрические свойства керамики ENO. ………… Выводы Диэлектрическая керамика ENO была изготовлена с помощью обычного твердофазного реакционного процесса. Чистая фаза с моноклинной структурой (PDF № 22-1099) с пространственной группой C2/c была идентифицирована с помощью РФА и уточнения по Ритвельду. Образец, спеченный при 1125 ◦C, имеет однородные и компактные зерна, что было проанализировано с помощью СЭМ. Значения εr и Q × f положительно связаны с коэффициентом диаметральной усадки образцов. Кроме того, связи Nb–O играют ключевую роль в влиянии на диэлектрические свойства. На основании анализа инфракрасного спектра отражения основным источником поляризации образца было поглощение фононных колебаний. Отличные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 19,1, Q × f = 15,014 ГГц и τf = -16,42 ppm/°C были получены в керамике ENO, спеченной при 1125°C.

2021

LiF представляет собой низкотемпературный фторид с превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами, однако уплотнение керамики LiF затруднено из-за их низкой поверхностной свободной энергии. В этом исследовании использовался процесс холодного спекания (150 ◦C, 250 МПа, 60 мин) для предварительного уплотнения LiF-керамики до относительной плотности 78 %. Обработки после отжига между 650 ◦C и 800 ◦C привели к значительному росту зерен, что сопровождалось увеличением относительной плотности до 92 %. Микроволновый коэффициент качества (Qf) увеличился с увеличением температуры отжига до максимума 110 800 ГГц при 800 ◦C, что в 1,5 раза выше, чем значение, полученное при обычном спекании (78 800 ГГц), с относительной диэлектрической проницаемостью εr = 8,2 и температурным коэффициентом резонансной частоты τf = –135 ppm/◦C. Такие высокие значения Qf и его совместимость с Ag-электродом позволяют предположить, что LiF холодного спекания имеет большой потенциал в качестве компонента или добавки в керамических составах для низкотемпературного совместного обжига. Введение За последние десятилетия, с быстрым развитием беспроводной связи, микроволновая (СВЧ) диэлектрическая керамика широко исследовалась в качестве критических компонентов пассивных микроволновых устройств, таких как подложки, резонаторы и фильтры [1,2]. Кроме того, чтобы удовлетворить требования миниатюризации и многофункциональности современных электронных устройств, технология низкотемпературной керамики с совместным обжигом (LTCC) привлекла большое внимание как научных, так и промышленных заинтересованных сторон. Для применений LTCC температура уплотнения микроволновой диэлектрической керамики должна быть ниже температуры плавления металлических электродов, таких как Ag (~961 ◦C) [3–6]. Температура спекания большинства керамик (>1200 ◦C) явно превышает температуру плавления электродов, что исключает возможность совместного обжига. Наиболее распространенной стратегией снижения температуры спекания является добавление компонента с низкой температурой плавления [4,4,5,6]. К сожалению, это приводит к образованию вторичных фаз с худшими диэлектрическими характеристиками. Следовательно, снижение температуры спекания осуществляется за счет добротности ММ. Альтернативой удовлетворению требований LTCC является поиск диэлектрической керамики с изначально низкой температурой спекания. Среди них были исследованы оксиды на основе лития, такие как Li2Mg3ZnO6, Li2MgGeO4 и Li2WO4, с низкой температурой спекания и хорошими диэлектрическими характеристиками. [7–9] С успехом оксидов на основе лития исследователи расширили поиск новой диэлектрической керамики до фторидов и оксифторидов со многими материалами, демонстрирующими идеальные свойства для приложений СВЧ [10], например. Фанг и др. сообщили о синтезе фторсодержащей керамики Li5Ti2O6F с превосходными диэлектрическими характеристиками MW (εᵣ = 19,6, Qf = 79 500 ГГц и τf = −29,6 ppm/°C) [11]. LiF широко применялся в качестве эффективной добавки для спекания или флюса во многих керамических рецептурах, но только в 2019 году Lei et al. впервые сообщили о синтезе керамики LiF с помощью обычного спекания и их микроволновых диэлектрических свойствах, εᵣ = 8,02, Qf = 73 880 ГГц и τf = −117,7 ppm/°C [12]. Однако Гейер и соавт. сообщили о гораздо более высоком значении Qf (192 400 ГГц) для монокристаллов LiF [13]. Согласно Lei et al., разница в Qf с монокристаллом возникает в основном из-за сложности уплотнения LiF-керамики, которая остается пористой после обычного спекания [12]. Холодное спекание (ХС) — это новый метод спекания, который сочетает спекание в жидкой фазе и спекание под давлением, чтобы помочь уплотнить материалы при низких температурах [14–16]. Во время CS порошок смешивают с растворителем, а затем аксиально нагружают для достижения уплотнения. Для ускорения процесса уплотнения применяются умеренные температуры (< 200 ◦C). Многие исследования CS показали, что уплотнение обычно происходит в материалах с высокой растворимостью (в основном в воде), таких как NaCl (35,8 г/100 мл), H3BO3 (4,77 г/100 мл), Li2MoO4 (79,5 г/100 мл), и др. [17–20]. Хотя механизм CS остается спорным, широко признано, что процессы растворения и осаждения во время CS играют жизненно важную роль в массопереносе и уплотнении [17-19]. Более того, недавние исследования по синтезу ватерита и гипсовой керамики с относительно низкой растворимостью (~0,2 г/100 мл) расширили потенциальный диапазон материалов холодного спекания [16,21]. Учитывая, что LiF имеет аналогичную растворимость (0,29 г/100 мл), мы предполагаем, что CS является многообещающим подходом для увеличения уплотнения в керамике LiF [20]. Таким образом, в этом исследовании керамика LiF предварительно уплотняется с помощью процесса CS с последующим систематическим отжигом для оптимизации микроволновых свойств. Кроме того, оценивается химическая совместимость между LiF и Ag электродом, чтобы выявить его потенциал для применения в технологиях LTCC. …………………… Выводы Керамика LiF плотностью 78 % была изготовлена методом холодного спекания. Последующий доотжиг при 650 ◦C–800 ◦C привел к росту зерен и повышению относительной плотности до 92 %. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 8,2, Qf = 110 800 ГГц и τf = –135 ppm/°C) определялись керамической микроструктурой и были получены для самых плотных образцов с наибольшим размером зерна, подвергнутых последующему отжигу при 800°C. Значения Qf были в 1,5 раза выше, чем у традиционно спеченной керамики (78 800 ГГц), и были химически совместимы с Ag-электродами, что позволяет предположить, что LiF холодного спекания с последующим отжигом может быть многообещающим компонентом в технологии LTCC.

2021

Два новых галлата MGa2O4 с низким значением εr (M = Ca, Sr) были синтезированы стандартным методом твердофазной реакции. Согласно результатам РСА, CaGa2O4 кристаллизуется в пространственной группе Pna21 с орторомбической симметрией, а SrGa2O4 относится к моноклинной системе P21/c. Обе керамики демонстрируют постоянно улучшающуюся микроструктуру с повышением температуры спекания. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства (εr = 9,2, Qf = 66 000 ГГц, τf = –85 ppm/°C для SrGa2O4 и εr = 10,6, Qf = 15 400 ГГц, τf = –58 ppm/°C для CaGa2O4) достигаются при спекании при 1275 ◦С. Патч-антенна изготовлена с использованием керамики SrGa2O4 в качестве подложки, что обеспечивает обратные потери –19,94 дБ и общий КПД –1,38 дБ (72,8 % по мощности) на частоте 4,84 ГГц. Исключительные характеристики указывают на то, что керамика SrGa2O4 является многообещающим кандидатом для применения в антеннах в диапазоне ниже 6 ГГц. Введение С резким ростом потребностей в беспроводной связи значительно возрастает объем использования данных, и нехватка спектра стала серьезной проблемой. Сотовая беспроводная система пятого поколения (5G), пришедшая на смену сетям 4G LTE, к которым мы подключаемся с 2010 года, предлагает такие важные функции, как высокая скорость, большая емкость, низкая задержка и т. д. [1–3]. Среди частотных диапазонов, используемых в технологиях 5G, низкочастотный диапазон (<15) стал объектом исследований, поскольку td пропорционально √ εr [5–7]. С другой стороны, на более высоких частотах диэлектрические потери значительно возрастают из-за увеличения волновых чисел. Следовательно, высокий коэффициент качества (Q = 1/tanδ) является еще одним требованием для приложений в системах 5G [5,8]. Алюминаты являются типичными материалами с низким εr из-за низкой ионной поляризуемости Al3+ (0,79 Å3) [9]. Среди алюминатов шпинельная керамика AAl2O4 (A = Zn, Mg) обладает прекрасными микроволновыми диэлектрическими свойствами (εr = ~ 8,5, Qf = 56 000 ~ 105 000 ГГц, τf = ~ –70 ppm/o C) и считается одной из самых перспективные материалы с низким εr [10,11]. Для дальнейшего изучения физической природы соединений AAl2O4 Yi et al. сообщили об отличных характеристиках (εr = 8,9, Qf = 91 350 ГГц, τf = –55 ppm/o C) также в керамике CaAl2O4 [12,13]. Сходные характеристики между CaAl2O4 и шпинелями следует отнести к аналогичному радиусу между Ca2+ (1,0 Å) и Zn2+ (0,74 Å)/Mg2+ (0,72 Å). Между тем дальнейшее увеличение радиуса A2+ до 1,18 Å приводит к структурным изменениям и нарушению симметрии керамики SrAl2O4, а микроволновые диэлектрические свойства становятся едва ли приемлемыми [14]. С другой стороны, элементы Ga и Al принадлежат к одной и той же группе и имеют схожие физические/химические свойства. Более того, такие галлаты, как ZnGa2O4 (Qf ~ 94 600 ГГц) [15], MgGa2O4 (Qf ~ 117 000 ГГц) [16], LaGaO3 (Qf ~ 97 000 ГГц) [17], обычно демонстрируют более высокие значения Qf по сравнению с их алюминатными аналогами, такими как ZnAl2O4 ( Qf ~ 56000 ГГц) [10], MgAl2O4 (Qf ~ 105000 ГГц) [11], LaAlO3 (Qf ~ 68000 ГГц) [18]. Между тем структурная эволюция и микроволновые диэлектрические свойства в керамике MGa2O4 (M = Ca, Sr) до сих пор неясны, что является фундаментальным для их потенциального применения в системах 5G. В этом исследовании систематически исследуются поведение при спекании, кристаллическая структура и микроструктура керамики MGa2O4, а также их влияние на микроволновые диэлектрические свойства. Между тем, микрополосковая патч-антенна с использованием керамики SrGa2O4 в качестве подложки изготовлена, чтобы показать их применение в диапазоне частот ниже 6 ГГц. …………… Выводы Керамика MGa2O4 (M = Ca, Sr) была приготовлена стандартным методом твердофазного спекания. Результаты РФА и уточнения по Ритвельду показывают, что SrGa2O4 кристаллизуется в симметрии P21/c, а кристалл CaGa2O4 принадлежит к пространственной группе Pna21. Снимки СЭМ указывают на постоянное улучшение микроструктуры с повышением температуры спекания. Оптимизация микроструктуры в основном определяет улучшение εr и Qf, а τf тесно связана с валентностью связи. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства керамики MGa2O4 получены следующим образом: εr = 9,2, Qf = 66000 ГГц, τf = –85 ppm/oC для SrGa2O4 и εr = 10,6, Qf = 15400 ГГц, τf = –58 ppm/oC для CaGa2O4. Квадратная патч-антенна спроектирована и изготовлена с использованием SrGa2O4. Керамика в качестве диэлектрической подложки. Изготовленная антенна имеет хорошие коэффициенты излучения в целевом диапазоне ниже 6 ГГц с обратными потерями –19,94 дБ и КСВ 1,22 дБ на частоте 4,84 ГГц. Общий КПД предлагаемой антенны моделируется равным –1,38 дБ (72,8 % по мощности). Соответственно, ожидается, что керамика SrGa2O4 станет многообещающим кандидатом для применения в антеннах 5G.

2021

τf керамики Y3Ga5O12 регулировали совместным легированием Ca2+/Ti4+ для Y3+ в позиции A и Ga3+ в позиции C с образованием керамики CaxY3-xTixGa5-xO12 (0 ≤ x ≤ 2,0) по твердофазной реакции. При 0 ≤ x ≤ 1,7 все образцы сохраняли структуру одного граната с пространственной группой Ia-3d. εr увеличился с 10,4 ± 0,1 до 15,9 ± 0,1, а τf оптимизировался с -54,7 ± 1,0 до -8,3 ± 1,0 частей на миллион / ℃, что объясняется увеличением поляризуемости на единицу объема и эффектом «дребезжания». Между тем, Q × f немного уменьшилась с 98 200 ± 500 ГГц до 65 300 ± 500 ГГц из-за уменьшения доли упаковки. При увеличении x до 2,0 свойства резко ухудшаются за счет второй фазы CaTiO3. Оптимальные свойства были получены при x = 1,7, при εr = 15,9 ± 0,1, Q × f = 65 300 ± 500 ГГц и τf = -8,3 ± 1,0 ppm/℃. Введение Разработка микрополосковых схем способствовала широкому развитию СВЧ-диэлектрической керамики (МВДК) в качестве основных материалов для резонаторов, фильтров и других компонентов в области мобильной связи. MWDC с низкой диэлектрической проницаемостью (εr) и высоким коэффициентом качества (Q × f) необходимы для соответствия малой задержке передачи сигнала и низким потерям при приближении частоты связи к миллиметровым волнам [1–5]. Исследователи стремились добиться близкого к нулю температурного коэффициента резонансной частоты (τf) для обеспечения стабильности устройств, работающих при различных температурах. Однако большинство МДК с низким εr имеют отрицательные значения τf, поскольку их εr в основном определяется ионной поляризацией [6]. В общем случае близкое к нулю τf можно получить, формируя двухфазную композиционную керамику с положительным и отрицательным τf или модифицируя элементарную ячейку с частичным замещением ионов [7–10]. Кроме того, Fu and Mao et al. сообщили, что τf можно регулировать путем совместного замещения ионами для увеличения поляризуемости по объему в керамике (Ca1-0,3xLa0,2x)[(Mg1/3Ta2/3)1-xTix]O3 и Sr1+xSm1-xAl1-xTixO4 [11]. ,12]. Недавно Fang и соавт. обнаружили, что керамика Mg3Y2Ge3O12 со структурой граната дает большое значение τf +120,5 ppm/℃, что вызвано «дребезжащим» эффектом катионов A-позиции [13]. Подобные «дребезжащие» катионы также существуют в А-позиции (Ba,Sr)Ge4O9, и замена Ba на Sr может скорректировать «дребезжащий» эффект. Таким образом, отрицательное значение τf BaGe4O9 (–44,2 м.д./℃) может быть доведено почти до нуля (–11,7 м.д./℃) [14]. Y3Al5O12 (YAG) со структурой граната является перспективным диэлектрическим материалом, обладающим превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами εr = 10,5, Q × f = 440 000 ГГц и τf = −66 ppm/℃ после спекания при 1650 ℃ [15]. Однако из-за сверхвысокой температуры спекания и большого отрицательного значения τf его трудно применять в устройствах СВЧ. Пэн и др. подготовили серию твердорастворной керамики CaxY3-xAl5-xTixO12 (0 ≤ x ≤ 2,0) путем совместной замены Y3+/Al3+ в Y3Al5O12 на Ca2+/Ti4+ для получения почти нулевого τf. В результате τf увеличивается с −40 частей на миллион/℃ до +31 частей на миллион/℃, а превосходные всесторонние микроволновые диэлектрические свойства достигаются при x = 1,5 после спекания при 1550 ℃ с εr = 32,6, Q × f = 45 200 ГГц и τf = +7 ppm/℃ [16]. Ga и Al принадлежат к одному семейству и очень похожи по своей природе. По сравнению со сверхвысокой температурой спекания YAG превосходный диэлектрический свойства Y3Ga5O12 (YGG) могут быть получены при более низкой температуре спекания 1500 ℃ с εr = 11,56, Q × f = 104 728 ГГц и τf = – 21,2 ppm/℃ [17]. Однако отрицательное значение τf YGG все еще нуждается в дальнейшей настройке. Кроме того, цена сырья оксида галлия высока, и необходимо найти подходящие заменители. Учитывая небольшую разницу в эффективном ионном радиусе между катионами Ca2+/Ti4+ и Y3+/Ga3+ (Ca2+ и Y3+: КЧ = 8, r = 1,120 Å и 1,019 Å соответственно. Ti4+ и Ga3+: КЧ = 6, r = 0,605 Å и 0,620 Å соответственно, КЧ = 4, r = 0,420 Å и 0,470 Å соответственно), ожидается, что Ca2+ и Ti4+ заменят Y3+ и Ga3+ соответственно для формирования керамики CaxY3-xTixGa5-xO12 (0 ≤ x ≤ 2,0). В данной работе подробно исследовано влияние совместного легирования Ca2+/Ti4+ для Y3+/Ga3+ на фазовый состав, поведение при спекании, кристаллическую структуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Y3Ga5O12. ………………… Вывод Керамика CaxY3-xTixGa5-xO12 (0 ≤ x ≤ 2,0) была успешно синтезирована методом твердотельной реакции, и были исследованы микроволновые диэлектрические свойства вместе с их фазовой эволюцией, поведением при спекании и микроструктурой. Рентгенофазовый и ЭДС анализ показали, что чистые твердые растворы граната CaxY3-xTixGa5-xO12 получаются при 0 ≤ x ≤ 1,7, а вторая фаза CaTiO3 появляется при дальнейшем увеличении x свыше 1,7. Когда 0 ≤ x ≤ 1,7, εr значительно увеличился с 10,4 ± 0,1 до 15,9 ± 0,1, а τf постепенно оптимизировался с - 54,7 ± 1,0 частей на миллион / ℃ до - 8,3 ± 1,0 частей на миллион / ℃, что может быть связано с увеличением поляризуемость по объему и эффект «дребезжания». Между тем, Q × f несколько уменьшилась с 98 200 ± 500 ГГц до 65 300 ± 500 ГГц, что может быть связано с уменьшением доли упаковки. При 1,8 ≤ x ≤ 2,0 εr быстро увеличивалась с 17,6 ± 0,1 до 20,7 ± 0,1, Q × f резко уменьшалась с 43 300 ± 500 ГГц до 21 200 ± 500 ГГц, а τf увеличивалась с +0,3 ± 1,0 ppm/℃ до +24,5. ± 1,0 ppm/℃, что обусловлено второй фазой CaTiO3. Образец с x = 1,7, спеченный при 1400 ℃, показал отличные микроволновые диэлектрические свойства εr = 15,9 ± 0,1, Q × f = 65 300 ± 500 ГГц и τf = -8,3 ± 1,0 ppm/℃.

2021

Две новые вольфраматные керамики с номинальным составом Ca3Ln2W2O12 (Ln = La, Sm) были приготовлены стандартными методами твердотельной реакции. Согласно рентгенограммам, обе керамики кристаллизовались в гексагональных кристаллических системах с пространственной группой R 3 m (№ 166). Были идентифицированы колебательные моды спектров комбинационного рассеяния и проанализированы эволюции волнового числа и полной ширины на полувысоте (FWHM). Оптимальные СВЧ-диэлектрические свойства с εr = 18,7, Qf = 50 500 ГГц и τf = –90 ppm/o C были реализованы в керамике Ca3La2W2O12, а умеренные значения Qf получены в составе Sm (εr = 19,5, Qf = 15 700 ГГц, и τf = –95 м.д./°С). Расхождение в значениях Qf было связано с более широкой полушириной спектров КР и меньшими размерами зерен. Инфракрасные спектры отражения (ИК) также использовались для определения собственных диэлектрических потерь, при этом в керамике Ca3Sm2W2O12 также были идентифицированы более затухающие фононные параметры. Введение За последние десятилетия в условиях бурно развивающейся индустрии СВЧ-телекоммуникаций СВЧ-диэлектрическая керамика стала незаменимым компонентом различных СВЧ-приборов благодаря своей компактности, малому весу, термической стабильности, низкой стоимости и отличным эксплуатационным характеристикам [1]. С точки зрения конструкции устройства диэлектрики с подходящими значениями диэлектрической проницаемости (εr) необходимы для уравновешивания миниатюризации устройства и короткого времени задержки сигнала. Высокое значение Qf (Q = 1/tanδ и f обозначает резонансную частоту) может снизить потери энергии при распространении сигнала и обеспечить удовлетворительную избирательность по частоте, что крайне важно для минимизации затухания сигнала. Кроме того, для обеспечения стабильности частоты необходим низкий температурный коэффициент резонансной частоты (τf). Наконец, для массового промышленного производства рентабельность является еще одним важным фактором, поскольку типичные кандидаты со сверхнизкими потерями, такие как комплексные перовскиты на основе Ba, обычно содержат благородное сырье, такое как танталаты или ниобаты [2,3]. Идентификация одного материала, который удовлетворяет всем этим требованиям, является сложной задачей, а оптимальный баланс этих свойств является серьезной проблемой в производстве микроволновой диэлектрической керамики. Вольфраматы считаются важными кандидатами в качестве диэлектрических материалов из-за их низкой стоимости, простоты синтеза, удовлетворительной химической стабильности и превосходных диэлектрических свойств. Среди вольфраматов хорошо известны соединения AWO4 (A = Ca, Sr, Ba, Zn, Co или Ni) со структурой моноклинного вольфрамита или тетрагонального шеелита [4–7]. Пуллар и др. сообщили, что керамика AWO4, спеченная при 1200 °C, обычно имеет низкие значения диэлектрической проницаемости, примерно равные 12, и значения Qf в диапазоне 24 900–62 800 ГГц [4]. В 2011 г. Чжоу и др. сообщили о керамике Li2WO4 со сверхнизкой температурой спекания, приблизительно равной 650 °C, и об их удовлетворительных диэлектрических свойствах в микроволновом диапазоне (εr ∼ 5,5, Qf ∼ 62 000 ГГц и τf = –146 миллионных долей/°C) указали на высокий потенциал технологий сверхнизкотемпературной совместной обжига керамики (ULTCC) [8]. Совсем недавно были предложены различные типы вольфраматов, такие как Li4WO5, LiAlW2O8 и Li2Mg2(WO4)3, и систематически исследованы их потенциальные применения в СВЧ-диэлектрической керамике [9–11]. Порошки Ca3Ln2W2O12 (Ln = La и Sm) широко применяются в качестве перспективных исходных материалов для неорганических люминофоров благодаря их выдающейся структурной перестраиваемости и люминесцентным свойствам [12–14]. Однако, насколько нам известно, было проведено минимальное исследование потенциальных применений керамики Ca3Ln2W2O12 или их микроволновых диэлектрических свойств. Таким образом, исследование структурных параметров и микроволновых диэлектрических свойств керамики Ca3Ln2W2O12 может иметь важное значение и может привести к новому прорыву в разработке новой микроволновой диэлектрической керамики на основе вольфрамата, обеспечивающей высокие характеристики. В этом исследовании систематически исследуются кристаллические структуры и спектры комбинационного рассеяния керамики Ca3Ln2W2O12, а также их влияние на микроволновые диэлектрические свойства. Кроме того, ИК-спектры экстраполируются в микроволновую область частот для дальнейшего определения собственных диэлектрических свойств. …………… Выводы Две новые вольфраматные керамики с номинальным составом Ca3Ln2W2O12 (Ln = La, Sm) были получены стандартными методами твердофазной реакции. Результаты РФА демонстрируют образование монофазной керамики Ca3Ln2W2O12 с пространственной группой R 3 m. Плотные микроструктуры с морфологией зерен шестиугольной формы получаются при спекании при 1375 °С, при этом оптимальные СВЧ-диэлектрические свойства (εr = 18,7, Qf = 50 500 ГГц, τf = –90 ppm/°C) также реализуются в Керамика Ca3La2W2O12. Значения εr и τf керамики Ca3Sm2W2O12 аналогичны таковым для состава La, а их оптимальное значение Qf (15700 ГГц) значительно ниже. На расхождение в значениях Qf также указывают более широкие пики комбинационного рассеяния и более затухающие фононные параметры, полученные при подгонке ИК-спектров.

2021

Самые ранние материалы, поглощающие микроволновое излучение (MAM), были изготовлены в начале 20 века для военных целей, чтобы препятствовать обнаружению радаров. В настоящее время применение MAM существует во всех сферах жизни человека для предотвращения излучения и помех. В работе представлены микроволновые поглощающие и микроволновые поглощающие покрытия, классифицированные по составу, включающие сплавы, оксиды металлов, проводящие полимеры, углеродные материалы, керамические материалы как в традиционных, так и в инновационных формах. Учитывая суровые и сложные условия применения, используются MAM с высокой термостойкостью и инфракрасно-совместимыми скрытыми характеристиками. Метаматериалы, демонстрирующие превосходные электромагнитные свойства, которые намного превосходят возможности материалов, в том числе идеальные поглотители, управляющие метаматериалы с цифровым кодированием, бионические конструкционные материалы и регулируемые интеллектуальные метаматериалы, также специально представлены в этой работе. Кроме того, для исследования электромагнитного отклика абсорбента рассмотрены расчеты из первых принципов. В этой работе участвуют электромагнитные свойства, механизмы потерь, структура, метод изготовления, подходы к регулированию, принципы проектирования, текущие приложения и будущие перспективы МАМ. В этой работе дается всесторонний обзор MAM с точки зрения их теоретических и экспериментальных достижений за последние годы, включая материалы-невидимки для военных радаров (диапазон частот 2–18 ГГц), соответствующие материалы-невидимки, совместимые с инфракрасным излучением (инфракрасно-видимый, инфракрасный радар, инфракрасный-лазер) и другие материалы-невидимки с многочастотной адаптируемостью. Введение MAM впервые были предложены в начале 20-го века для военных целей, первоначально применялись для коммерческого использования в период Второй мировой войны и быстро развивались в середине-конце того века. Материалы будут взаимодействовать с падающими на них электромагнитными (ЭМ) волнами в формах отражения, поглощения, пропускания, а также вторичного отражения и пропускания на основе оптических правил. MAM могут ослаблять и поглощать электромагнитные волны, преобразовывая электромагнитную энергию в тепловую или другую форму энергии, чтобы уменьшить отражение и передачу волны. В настоящее время MAM применяются во всех сферах жизни человека, включая противорадиационные устройства, здания, одежду и стелс-покрытия на боевых самолетах, военных кораблях, транспортных средствах и т. д., для защиты здоровья людей, предотвращения электромагнитных помех и избегания радаров. обнаружение. Чтобы удовлетворить растущие требования к MAM, были исследованы различные современные материалы. Безусловно, разработка МАМ невозможна без широкой поддержки со стороны других областей науки и техники, включая нанотехнологии, химию материалов, науку о полимерах, физику твердого тела, оптику, электромагнетизм и т. д. МАМ обычно состоят из абсорбента с эффективным ослаблением микроволн, и матричные материалы с хорошими свойствами пропускания волн [1–7]. Помимо типа материалов, механизмы потерь, состоящие из диэлектрических потерь, магнитных потерь и кондуктивных потерь, являются наиболее общим способом классификации абсорбента МАМ [8-11]. Поскольку микроволны можно рассматривать как сочетание колебательного взаимогенерирующего электрического поля и магнитного поля, распространяющихся в одном направлении, МАМ ослабляют и поглощают их за счет взаимодействия с одним или обоими из этих двух полей. Согласно уравнениям Максвелла, возмущение ЭМ поля, возникающее в результате взаимодействия с вещественной средой на любом из этих двух полей, может вызвать отклик на другом поле. Диэлектрические и кондуктивные потери являются характеристиками, непосредственно применяемыми к электронному полю для ослабления всего электромагнитного поля. Когда электромагнитная волна падает на немагнитный диэлектрический материал, в котором в процессе проводимости участвуют редкие электронные носители, связанные заряды и другие частицы притягиваются в аналогичном движении с очень ограниченным смещением, чтобы достичь состояния поляризации, но меняются местами и очень быстро восстанавливаются. быстрое, соответствующее осциллирующему электрическому полю. В этом повторяющемся процессе расположения частиц возникает рассогласование между движением и внешним ЭМ полем, что делает диэлектрическую проницаемость комплексным параметром (ε = ε′ − ε˝j). Мнимая диэлектрическая проницаемость (ε˝) количественно определяет диэлектрические потери электромагнитной волны в этом процессе [1,12–14]. Действительная часть (ε′) количественно определяет потенциал без потерь, генерируемый материальной средой на электромагнитной волне, когда диэлектрические поляризованные частицы возвращаются в исходное состояние [15,16]. В общем, диэлектрическая поляризация возникает из-за связанных зарядов, атомов, ионов, определенных функциональных групп и чувствительна к границам раздела, дефектам, кристаллической структуре, примесям, форме частиц, размеру зерна, пористости, микротрещинам и ориентации кристалла. В то время как кондуктивные потери всегда возникают в проводящих материалах, большое количество свободных электронных носителей которых может образовывать наведенный ток под переменным ЭМ полем и выделять тепло для ослабления ЭМ энергии. Согласно теории Дебая, ε˝ = εp˝ + εc˝, где εp˝ = (εs − ε∞)ωτ/(1 + ω2τ2), εc˝ = σ(T)/ε0ω и σ(T) связаны к диэлектрическим потерям, кондуктивным потерям и электропроводности, зависящей от температуры, соответственно. Кондуктивные потери увеличиваются с увеличением электропроводности материалов, а также могут быть количественно определены мнимой частью диэлектрической проницаемости. Магнитные потери являются доминирующими механизмами потерь, возникающими в магнитных материалах, и представляют собой специфическое взаимодействие для магнитного поля. Подобно электрическим потерям (диэлектрические и кондуктивные потери), магнитные потери также могут быть выражены комплексной характеристикой, известной как комплексная магнитная проницаемость (μ = μ′ − μ˝j) [17]. µ˝ количественно определяет магнитные потери, вызванные вихревыми токами, естественным резонансом, потерями на магнитный гистерезис, резонанс доменной стенки, магнитное последействие и т. д. Из-за частотно-зависимого характера этих механизмов потери на магнитный гистерезис, резонанс доменной стенки, магнитным последействием можно пренебречь, а в гигагерцовом диапазоне частот в механизме потерь преобладают вихревые токи и собственный резонанс [17]. Поскольку потери на вихревые токи увеличиваются по мере увеличения электропроводности, магнитные сплавы всегда имеют огромные потери на вихревые токи. Помимо внутренних характеристик материалов, магнитные свойства МАМ также зависят от размера частиц, дефектов кристалла, внутреннего напряжения, формы частиц и т. д. Будут представлены более подробные сведения о магнитных характеристиках и механизмах магнитных потерь. Наиболее применяемыми MAM с преобладанием диэлектрических потерь являются немагнитные оксиды металлов, такие как ZnO, TiO2, MnO2 и BaTiO3, диэлектрическая керамика, такая как SiC, и другие неорганические неметаллические материалы, такие как SiO2. MAM с преобладанием кондуктивных потерь относятся к материалам с превосходной электропроводностью, таким как углеродные материалы [18,19] и проводящий полимер. MAM с преобладанием магнитных потерь часто содержат материалы с высокой проницаемостью, такие как магнитные сплавы и магнитный оксид металла. В токопроводящих материалах легко образовать большой ток проводимости. В то время как погоня только за большой проводимостью или диэлектрической проницаемостью обернется противоположностью, потому что огромная «разница», приводящая к несоответствию импеданса между материалами и свободным пространством, заставит большинство электромагнитных волн отражаться, прежде чем попасть внутрь материалов. По этой причине, чтобы сбалансировать требование легкости, высокой поглощающей способности и широкой поглощающей полосы, материалы всегда используются в виде смесей и композитов. Кроме того, в этом обзоре также всесторонне обсуждаются подходы к улучшению характеристик MAM, такие как атомное легирование, проектирование состава, регулирование микроструктуры и т. д. Кроме того, МАМ часто приходится работать в суровых высокотемпературных условиях. Например, температура поверхности высокоскоростного самолета может достигать более 300 ◦ C, хотя на большой высоте температура некоторых критических частей, таких как реактивная труба двигателя и регулировочные листы, может достигать более 700 ◦ С. Как известно, электропроводность и магнитные свойства материалов сильно зависят от температуры. Кроме того, согласно упомянутой выше теории Дебая, τ как температурно-зависимая релаксация время будет влиять на процесс диэлектрической поляризации и диэлектрические потери [20–23]. Таким образом, термические свойства, включая стабильность при высоких температурах, стойкость к высокотемпературному окислению и свойства поглощения микроволнового излучения при высоких температурах, будут иметь решающее значение для МАМ в практическом применении. Мы также рассматриваем недавний прогресс для высокотемпературных MAM в этой работе, также обсуждаются факторы их влияния и перспективы развития. Современные численные методы позволяют исследовать электромагнитный отклик абсорбента посредством расчетов с использованием проверенных теоретических методов для поддержки их экспериментальных исследований. Диэлектрическую проницаемость и магнитную проницаемость можно исследовать, анализируя информацию о магнитном моменте, переносе заряда, электрическом диполе и т. д., которые существенно зависят от структуры и поведения электрона. Связь между электромагнитным откликом и поведением электронов включает интеграцию динамики атомных уровней, неравновесной термодинамики, физики дефектов и т. д., которые можно дополнительно исследовать с помощью расчетов из первых принципов, основанных на теории функционала плотности (DFT) [24–28]. В этой статье мы представим некоторые теоретические исследования. Помимо абсорбента, упомянутого выше, субволновая структура МАМ также играет важную роль в поглощающих характеристиках. Многие конструкционные поглощающие системы обладают превосходными поглощающими свойствами, намного превосходящими свойства тех же синтетических материалов. Благодаря специальной конструктивной конструкции структурные MAM могут уменьшить поперечное сечение отражения радара (RCS) и улучшить согласование импеданса, чтобы уменьшить отражение электромагнитной волны, сигнал электромагнитной волны, который может быть обнаружен радиолокационным устройством, также уменьшается. Чтобы улучшить обнаружение военных целей, инфракрасное обнаружение применяется вместе с радиолокационным обнаружением для поиска военных целей. Энергия инфракрасного излучения тесно связана с термодинамической температурой. Большинство объектов имеют более высокую температуру, чем фон, а МАМ на поверхности целей выделяют большое количество тепла при ослаблении электромагнитных волн, что позволяет легко обнаруживать их инфракрасным детектором. Кажется несовместимым, чтобы материалы обладали как хорошими характеристиками поглощения микроволн, так и низким коэффициентом излучения инфракрасного излучения. В то время как было предложено множество подходов к изготовлению материалов-невидимок, совместимых с инфракрасными радарами, например, для разработки многослойных функциональных покрытий или для управления диапазоном инфракрасного излучения цели за пределами атмосферного окна. В этой статье также будут обсуждаться исследования стелс-материала с низкой излучательной способностью в инфракрасном диапазоне. Метаматериалы также являются разновидностью конструкционных материалов, обладающих неестественными электрическими и магнитными свойствами (то есть отрицательной или сверхвысокой диэлектрической и магнитной проницаемостью, которой нет в природных материалах), что в основном связано с их особой искусственной структурой. Периодическая структура помогает получить превосходные свойства поглощения микроволн, которые намного превосходят возможности материалов, даже некоторые материалы без потерь могут демонстрировать огромное поглощение микроволн. Эффективная диэлектрическая и магнитная проницаемость МАМ могут регулироваться путем проектирования единой массивной структуры. По сути, метаматериалы уменьшают отражение электромагнитных волн за счет улучшения согласования импеданса между материалами и свободным пространством и увеличивают поглощение за счет электрического и магнитного резонанса между элементами массива в структуре. В настоящее время исследования метаматериалов, применяемых в качестве MAM, таких как невидимый плащ и широкополосные адаптируемые MAM, привлекли большое внимание. В последнее время природные существа вдохновили исследователей на разработку бионических структурных метаматериалов, чтобы получить широкополосное поглощение, которое охватывает даже несколько электромагнитных диапазонов. Помимо традиционного метаматериала без аналоговой схемы, в последние годы предлагаются усовершенствованные метаматериалы, такие как метаматериал активной аналоговой схемы с регулируемой интеллектуальной производительностью. Этот обзор ограничится в первую очередь МАМ военного назначения, основное внимание будет уделено материалам-невидимкам для военных радаров (диапазон частот 2–18 ГГц), задействованы материалы-невидимки, совместимые с инфракрасным излучением (инфракрасно-видимое, инфракрасно-радиолокационное, инфракрасно-лазерное), и другие материалы-невидимки с многочастотной адаптируемостью. В конечном счете, масштабы и сложность этой области пугают и потребуют огромное количество глобальных исследовательских усилий, которые должны быть всесторонне объяснены. Поэтому этот обзор ни в коем случае не является исчерпывающим списком, мы лишь сфокусируем его на ряде интересующих нас MAM-систем. Многие системы упоминаются лишь поверхностно. Технологические революции быстро совершенствовались за последние сто лет и, вероятно, будут развиваться с большей скоростью в следующие сто лет, если это позволяют универсальные свойства. ………… Заключение Этот обзор ограничивается главным образом модулями MAM, работающими в диапазонах 2–18 ГГц. В настоящее время представлены наиболее часто исследуемые МАМ, включая углеродные материалы, оксиды металлов, керамические материалы, проводящие полимеры и сплавы. Также задействованы MAM, применяемые для суровых высокотемпературных условий, для целей, совместимых с инфракрасным излучением, и метаматериалы для многодиапазонной совместимости. Мы представляем MAM с точки зрения их электромагнитных свойств, механизмов потерь, структуры, метода изготовления, подходов к регулированию, принципов проектирования, текущих приложений и будущих перспектив, которые касаются многих областей науки и техники, включая нанотехнологии, химию материалов, науку о полимерах, физику твердого тела, оптика, электромагнетизм и т. д. Таким образом, всесторонний обзор теоретических и экспериментальных достижений MAM за последние годы можно резюмировать следующим образом: 1. Интеграция двух или более видов материалов является полезной стратегией для достижения выдающихся характеристик поглощения. , который был посвящен настройке электромагнитных параметров и настройке характеристик согласования импеданса. Значительные синергетические эффекты и улучшенный межфазный интерфейс могут быть получены путем объединения магнитных (сплавы, ферриты, оксиды металлов), диэлектрических (керамика, MnO2, ZnO) и проводящих материалов (проводящие полимеры, углеродные материалы) через гетерогенные электромагнитные связи. 2. Микроструктура значительно влияет на характеристики поглощения микроволн. Модификация поверхности, термообработка, атомное легирование, шаровая мельница, химический контроль и т. д. используются для регулирования микроструктуры. Сплавы с чешуйчатыми частицами, демонстрирующие большую анизотропию формы, могут иметь большую проницаемость и лучшие характеристики поглощения электромагнитного излучения, чем другие сплавы. Некоторые материалы со структурой нанопроводов, нанотрубок, наностержней и ядра-оболочки могут обеспечивать уникальный электрический транспорт или возбуждающее излучение. Структура сети, состоящая из различных наночастиц, может увеличить удельную площадь поверхности материала и улучшить потери проводимости, что связано с миграцией активированных электронов в сети. 3. В настоящее время для изучения и оптимизации высокотемпературных диэлектрических свойств чаще всего используются керамические и углеродные материалы. Керамические материалы устойчивы к высоким температурам, коррозии, окислению и т. д., обладают высокой прочностью, модулем, твердостью за счет ковалентной и ионной связи. Кроме того, материалы, поглощающие высокие температуры в суровых условиях, должны обладать хорошей структурной стабильностью, стойкостью к окислению и температурной стабильностью диэлектрической проницаемости. HEA является одним из новых кандидатов на использование MAM в условиях высоких температур. При этом основной причиной, ограничивающей применение сплавов при высоких температурах, является их низкая температура Кюри. Контроль состава, модификация материала и оптимизация структуры могут быть использованы для улучшения магнитных свойств сплавов. 4. Расчет из первых принципов является одним из наиболее широко используемых методов для анализа энергии, электронных свойств, магнитных свойств, информации о структуре, взаимодействий микрочастиц и т. д. Они в основном сосредоточены на объяснении различий в диэлектрических характеристиках между дефектной моделью и моделью. модели происхождения, а также о магнитных материалах для анализа двойникования при фазовом переходе путем оценки энергии дефекта упаковки и температурно-зависимой фазовой стабильности различных структур. 5. Помимо состава абсорбента, его микроструктура, толщина покрытия и структура покрытия также могут влиять на характеристики поглощения микроволн покрытием. Метаматериалы представлены для получения превосходных свойств поглощения микроволн, которые намного превосходят свойства материалов, которые могут быть достигнуты, даже некоторые материалы без потерь могут демонстрировать огромное поглощение микроволн. Благодаря проектированию структуры, цифровому кодированию и активному контролю метаматериалы могут демонстрировать многодиапазонную совместимость при поглощении микроволн.

2021

В этой статье представлен всесторонний обзор основ и применений эпсилон-отрицательных материалов. Перколяционные композиты, а также гомогенная керамика или полимеры были исследованы для получения настраиваемых эпсилон-отрицательных свойств. Подтверждено, что аномальное эпсилон-отрицательное свойство может быть реализовано в обычных материалах. Между тем, с позиций материаловедения выяснена связь между отрицательной диэлектрической проницаемостью и составом и микроструктурой материалов. Продемонстрировано, что эпсилон-отрицательные характеристики связаны с плазмонным откликом делокализованных электронов внутри материалов и могут им модулироваться. Кроме того, рассматривается потенциальное применение эпсилон-отрицательных материалов для защиты от электромагнитных помех, ламинированных композитов для многослойной емкости, электрических индукторов без катушек и метаматериалов с нулевым эпсилон-значением. Разработка эпсилон-отрицательных материалов обогатила коннотацию метаматериалов и передовых функциональных материалов и ускорила интеграцию метаматериалов и природных материалов. Введение Диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость являются двумя основными физическими параметрами материалов, характеризующими реакцию материалов в электрических, магнитных или электромагнитных полях [1–3]. В соответствии со знаком диэлектрической и магнитной проницаемости материалы классифицируются по четырем квадрантам, включая обычные материалы, материалы с двойным отрицательным знаком, мю-отрицательные материалы и эпсилон-отрицательные материалы, как показано на рисунке 1 [4,5]. Обычные материалы с положительной диэлектрической проницаемостью и положительной проницаемостью прозрачны для падающих электромагнитных волн, а электрический вектор (E), магнитный вектор (B) и волновой вектор (k) соответствуют правилу правой руки. Для материалов с двойными отрицательными параметрами, таких как метаматериалы, внутри них также могут распространяться электромагнитные волны, но отношения между E, B и k левые. Электромагнитные волны быстро затухают в материалах только с отрицательной диэлектрической или отрицательной магнитной проницаемостью. Мю-отрицательные материалы могли быть реализованы с некоторыми ферритами на их частоте магнитного резонанса, в то время как модуляция эпсилон-отрицательных свойств впервые была реализована в метаматериалах [6]. Метаматериалы — это своего рода искусственные материалы, состоящие из периодических строительных блоков с рядом новых физических свойств, которые редко встречаются в природных материалах [7,8]. Методы конструирования метаматериалов позволяют получить новые виды электромагнитной среды с аномальными отрицательными физическими параметрами. Массивы периодических металлических единиц необходимы для достижения отрицательных электромагнитных параметров [9]. Реализация и регулирование производительности метаматериалов зависят от понимания геометрии и конфигураций строительных блоков, что почти не зависит от состава компонентов. Также можно считать, что уникальные свойства метаматериалов являются искусственно созданными электромагнитными свойствами, а не определяются составом и микроструктурой материалов. С позиций материаловедения физические свойства материала должны зависеть от его состава и микроструктуры, что объясняет структуру-активность. просвещает исследователей улучшают свойства материалов за счет изменения состав и пошив микроструктуры конститутивного компоненты внутри материалов [10,11]. Итак, может ли «настоящее» материалы реализуют свойства метаматериалов, такие как отрицательная диэлектрическая проницаемость и/или отрицательная магнитная проницаемость? В начале исследования метаматериалов только несколько исследований материалов были сосредоточены на том, могут ли обычные материалы обладают уникальными свойствами метаматериалов и композиты с преимуществом интеграции многокомпонентных свойства предоставили удобный метод для достижения отрицательные электромагнитные параметры [12,13]. Метаперформанс из обычных материалов реализуется и адаптированы на основе модуляции химического состава и микроструктуры типичными методами подготовки материалов. Исследования отрицательных электромагнитных параметров, включая отрицательную диэлектрическую проницаемость и отрицательную проницаемость, в последнее время стали центром исследований в области материаловедение, и эти соответствующие исследования становятся важное дополнение к исследованию метаматериалов. Отрицательная диэлектрическая проницаемость привлекла всеобщее внимание в оптической диэлектрической функции металлов и полупроводники [14,15]. В метаматериалах отрицательная диэлектрическая проницаемость имеет важное значение для мета-производительности, такой как отрицательное преломление, отрицательная фазовая скорость, реверс эффект Доплера, эффект Черенкова и др. [16–18]. Расследования осуществляется с точки зрения материалов наука показала, что отрицательная диэлектрическая проницаемость может быть реализуется в радиочастотном диапазоне, который намного ниже, чем оптической частоты [19–21]. Материалы с негативом диэлектрическая проницаемость описывается как эпсилон-отрицательные материалы (ЭНМ). ЭНМ, реализованные композитами, классифицируются как метакомпозиты, который определяет композиты с новым и уникальные свойства, которые отличаются от других традиционных материалов [22–24]. Таким образом, ЭНМ можно разделить на метаматериалы и метакомпозиты, а метакомпозиты подразделяются на композиты с керамической матрицей и полимерные матричные композиты в зависимости от их различного состава. Кроме того, ЭНМ также состоят из однородной керамики или легированные полимеры. Более того, ЭНМ показали отличные потенциал в различных электромагнитных и электронных приложениях, такие как электромагнитное экранирование, поглощение волн, ламинированные конденсаторы и катушки индуктивности без катушек [25–28]. В в этой статье, ход исследования материалов с отрицательным была пересмотрена диэлектрическая проницаемость. Методы исследования, подготовка процессы, механизм отрицательной диэлектрической проницаемости, т.к. а также потенциальные приложения для ENM были изложено с точки зрения материаловедения. …………………… Резюме и перспективы Таким образом, сжатый обзор эпсилон-отрицательных материалов, выполненных из обычных композитов или гомогенных представлены материалы. Отрицательная диэлектрическая проницаемость будет наблюдаться, когда плазменные колебания электронов или диэлектрический резонанс электрических диполей индуцируется при определенная частота. Композиты с содержанием наполнителей более порог перколяции являются эпсилон-отрицательными из-за трехмерные связанные сети, образованные проводниковые наполнители. Гомогенная керамика или полимеры также может быть эпсилон-отрицательным, пока свободные электроны внутри них переходят в плазмонное состояние. эпсилонотрицательный свойства тесно связаны с составом и микроструктура различных материалов. Словом, из перспектива материаловедения, различные «реальные» материалов даже без точного искусственного периодического строительные блоки метаматериалов могут быть построены и отнесены к эпсилон-отрицательным материалам с использованием материалов методы приготовления. Кроме того, по сравнению с обычным материалы с положительной диэлектрической проницаемостью, эпсилон-отрицательные материалы показали большой потенциал в различных электронных и электромагнитные устройства благодаря совершенно новым механизм ответа. Развитие эпсилонотрицательного материалы ускорили интеграцию природные материалы и метаматериалы, а также исследования эпсилон-отрицательных материалов постепенно становятся важная отрасль в области метаматериалов. Методы приготовления и механизм связи эпсилон-отрицательные материалы с природными материалами имеют были в основном прояснены, тем не менее, подробные объяснения механизм и более обильные средства собственности модуляция должна быть доработана в будущей работе. Исследователи, работающие с эпсилон-отрицательными материалами, могут необходимо сотрудничать с коллегами в области диэлектриков и метаматериалы для дальнейшего изучения приложений в больше электронных и электромагнитных устройств. В настоящий момент, факторы, которые могут повлиять на применение эпсилонотрицательных материалы до сих пор неясны. Таким образом, основные физические свойства этих эпсилон-отрицательных материалов требуют быть выяснены frommore аспекты. Все усилия, приложенные к различные эпсилон-отрицательные материалы обогатили оттенок передовых функциональных материалов и метаматериалов.

2021

Новая керамика Ce2(MoO4)2(Mo2O7) (CMO) была приготовлена традиционным твердотельным методом и исследованы микроволновые диэлектрические свойства. Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что чистая структура Ce2(MoO4)2(Mo2O7) образуется при спекании при 600 ◦C-725 ◦C. Полиэдры [CeO7], [CeO8], [MoO4] и [MoO6] были соединены в трехмерную структуру керамики CMO. Анализ, основанный на теории химической связи, показал, что связь Mo-O критически влияет на характеристики керамики. Кроме того, анализ спектров инфракрасного отражения показал, что основной вклад в поляризацию вносит ионная поляризация. Примечательно, что оптимальные микроволновые диэлектрические свойства εr = 10,69, Q⋅f = 49 440 ГГц (при 9,29 ГГц) и τf = -30,4 ppm/°C были получены в керамике CMO, спеченной при 700°C. Введение СВЧ диэлектрическая керамика, как ключевой материал в современной телекоммуникации, используется в различных компонентах, таких как антенны, фильтры и конденсаторы [1–3]. В настоящее время несущая частота 5G расширена до диапазона миллиметровых волн, а не микроволнового диапазона. Таким образом, выдвигаются более высокие требования к характеристикам СВЧ-диэлектрической керамики: низкая диэлектрическая проницаемость (εr) для предотвращения задержки сигнала, высокая добротность (Q⋅f) для лучшей селективности на более высоких частотах и близкий к нулю температурный коэффициент резонансная частота (τf) для стабильности частоты [4,5]. Более того, низкая температура спекания (обычно <960 ◦C) является техническим требованием к уплотненной керамике для достижения высокой степени интеграции. Согласно Себастьяну и др. [6], керамика на основе оксида молибдена является подходящим кандидатом для интеграции из-за ее сверхнизкой температуры спекания и потенциального использования в регулируемых всесторонних диэлектрических свойствах. В последнее время сообщалось о многих керамиках на основе оксида молибдена. Например, была исследована серия керамик XMoO4 с тетрагональной структурой шеелита со значениями εr 10–35, значениями Q⋅f ниже 70 000 ГГц и различной температурной стабильностью [7,8]. Наша группа систематически сообщала о керамике Ln2Zr3(MoO4)9 с тригональной структурой с основными характеристиками εr = 10–11, Q⋅f = 20 000–80 000 ГГц и отрицательными значениями τf [9–11] Замена элемента в определенном положении приводит к микрорегулированию характеристик связывания и кристаллической структуры, что играет значительную роль в изменении свойств [12,13]. Кроме того, сообщалось о системе Ag2O3–MoO3 с различными фазами, такими как Ag2Mo2O7, Ag2MoO4 и Ag2Mo4O13. Обладает сверхнизкой температурой спекания (<500 ◦C), соответствует сообожженному металлу Ag и обладает химической совместимостью. Тем не менее, эти кандидаты обладают высокими диэлектрическими потерями и плохой термической стабильностью [14]. Эти данные показывают, что керамика на основе оксида молибдена имеет низкую температуру роста кристаллов. Кристаллическая структура, фазовый состав и характеристики внутренних связей керамики совместно влияют на их диэлектрические свойства. Поэтому разработка новой керамики на основе оксида молибдена имеет научное значение для будущих практических приложений. Материал Ce2(MoO4)2(Mo2O7) относится к триклинной системе с пространственной группой P1(2). Впервые он был обнаружен в 1982 г. после прокаливания смеси CeO2 и MoO3 при 700 ◦C в течение 24 ч [15]. Тем не менее, лишь немногие отчеты посвящены применимости этого материала в практических приложениях. Учитывая более низкую температуру спекания, более высокую степень кристалличности и аналогичный химический состав по сравнению с традиционной керамикой на основе оксида молибдена, Ce2(MoO4)2(Mo2O7) был повторно изготовлен в текущей работе для исследования его применимости в микроволновых диэлектрических применениях. Теория химической связи и спектральный анализ были впервые адаптированы для исследования взаимосвязи структура-свойство. ……………… Вывод Новая керамика CMO была приготовлена традиционным твердотельным методом. Формировались однофазные керамики КМО, относящиеся к триклинной системе с пространственными группами P1(2). Трехмерная структура структуры КМО была связана полиэдрами [CeO7], [CeO8], [MoO4] и [MoO6]. Оптимальные микроволновые диэлектрические свойства были достигнуты при 700 ◦C для керамики CMO: εr = 10,69, Q⋅f = 49 440 ГГц (@ 9,29 ГГц) и τf = −30,4 ppm/◦C, она будет хорошим кандидатом для диэлектрических подложек. . Согласно теории химической связи, связь Мо-О играет важную роль в управлении диэлектрическими свойствами. Анализ IRRS был применен для дальнейшего понимания собственных диэлектрических свойств, которые, как было обнаружено, в первую очередь вызваны поглощением фононов.

2021

Материалы, демонстрирующие высокую плотность энергии/мощности, в настоящее время необходимы для удовлетворения растущего спроса на портативную электронику, электромобили и крупномасштабные устройства хранения энергии. Наивысшие плотности энергии достигаются для топливных элементов, аккумуляторов и суперконденсаторов, но обычные диэлектрические конденсаторы привлекают повышенное внимание для импульсных источников питания из-за их высокой плотности мощности и высокой скорости заряда-разряда. Ключом к высокой плотности энергии в диэлектрических конденсаторах является большая максимальная, но малая остаточная (нулевая в случае линейных диэлектриков) поляризация и высокая электрическая прочность на пробой. Конденсаторы с полимерным диэлектриком обеспечивают высокую плотность мощности/энергии для приложений при комнатной температуре, но при температуре выше 100 °C они ненадежны и страдают от пробоя диэлектрика. Таким образом, для высокотемпературных применений диэлектрическая керамика является единственно возможной альтернативой. Керамика на основе свинца, такая как титанат цирконата свинца, легированный La, обладает хорошими свойствами накопления энергии, но их токсичность вызывает опасения по поводу их использования в бытовых устройствах, где конденсаторы не содержат свинца. Таким образом, требуются бессвинцовые композиции с превосходной удельной мощностью. В этой статье мы вводим фундаментальные принципы накопления энергии в диэлектриках. Мы обсуждаем ключевые факторы для улучшения свойств накопления энергии, такие как контроль локальной структуры, фазового объединения, толщины диэлектрического слоя, микроструктуры, проводимости и электрической однородности посредством выбора базовых систем, примесей и легирующих добавок, после чего следует всесторонний обзор современное состояние. Наконец, мы комментируем будущие требования к новым материалам в конденсаторах высокой мощности/плотности энергии. ВВЕДЕНИЕ Чтобы ограничить глобальное потепление до < 1,50 °C, как указано в Парижском соглашении, выбросы углекислого газа должны сократиться примерно на 45 % к 2030 г. и достичь нуля к 2050 г.1,2 Технологии, основанные на возобновляемых ресурсах, таких как солнце, ветер и тепло. приливы будут играть ключевую роль в достижении этих целей. Хотя все более широкое использование возобновляемых источников энергии обнадеживает, все еще существует много барьеров на пути замены производства электроэнергии в секторах с традиционно высоким уровнем выбросов CO2, основанных на угле и газе, которые по-прежнему составляют важную и большую часть производства энергии из-за прерывистый характер возобновляемых источников энергии. Следовательно, чтобы одновременно отказаться от ископаемого топлива и обойти непредсказуемость, присущую чистым энергетическим ресурсам, необходимо интегрировать технологии сбора энергии с устройствами хранения энергии. Таким образом, накопление энергии становится ключевым фактором для устойчивых возобновляемых технологий, особенно для электрификации транспорта, а также в более специализированных приложениях, таких как сердечные дефибрилляторы и активная броня.3 Уже существуют технологии для хранения энергии, такие как батареи, электрохимические суперконденсаторы. и электростатические конденсаторы.4-16 Последние являются устройствами накопления электрической энергии, относящимися к категории пассивных компонентов, широко распространенных в электронике. Действительно, каждый год более 3 триллионов многослойных керамических конденсаторов (MLCC) изготавливаются из BaTiO3 (BT), прототипа сегнетоэлектрической (FE) керамики.17–22 По сравнению с литий-ионными аккумуляторами или топливными элементами неполяризованные электростатические или диэлектрические конденсаторы обладают более высокой удельной мощностью (∼104–105 Вт/кг) благодаря более быстрой зарядке/разрядке (∼мкс), что выгодно для силовой электроники в электрические транспортные средства (ЭМ) и приложения импульсного питания (рис. 1а).4,23–27 Таким образом, электростатические конденсаторы становятся многообещающими кандидатами для устройств накопления энергии, где высокая плотность мощности в сочетании с высокой плотностью энергии являются важными технологическими требованиями, как показано на рисунке. экспоненциальным ростом публикаций, посвященных накопителям энергии с использованием электростатических керамических конденсаторов, рис. 1б. Помимо высокой плотности энергии и быстрой скорости заряда-разряда, другие свойства, такие как стабильность температуры/частоты, сопротивление усталости, надежность в течение всего срока службы, эквивалентное последовательное сопротивление и стоимость производства, одинаково важны для диэлектрических конденсаторов, используемых в практических приложениях. Таким образом, требуется новая электрокерамика для упрощения силовой электроники рядом с двигателем, обеспечения сверхбыстрой зарядки и более надежной работы электромобиля при высоких температурах и напряжениях. Таким образом, электрокерамика будущего должна: (i) обеспечивать высокую плотность энергии (Wrec > 10 Дж/см3) и эффективность преобразования (η > 90%); (ii) выдерживать более широкие диапазоны температур (–50–250 °C) и диапазоны частот (1–1000 Гц); (iii) обладают большей надежностью (> 105 циклов) и сопротивлением усталости (изменение < 5% в течение срока службы конденсатора); и (iv) быть совместимым с экономичными внутренними электродами и легко интегрироваться с другими компонентами. Исторически сложилось так, что для изготовления электростатических конденсаторов использовалось множество различных диэлектрических материалов, от бумаги и пластика до керамики. В настоящее время конденсаторы изготавливаются либо из полимеров, либо из керамики, поскольку они обеспечивают наилучшее сочетание свойств с точки зрения емкости, диэлектрических потерь, прочности на пробой (BDS) и, в последнем случае, термической стабильности. Перспективы использования керамических конденсаторов для хранения энергии восходят к работе 1960-х годов Джаффе 28 из Clevite Corp., США. Спустя десятилетие Берн и Смит29 из компании Sprague Electric Company оценили характеристики накопления энергии в SrTiO3 (ST) и BT при приложенных электрических полях до 400 кВ/см. До этого момента количественные данные об аккумулировании энергии на этих материалах ограничивались полями, как правило, менее 150 кВ/см из-за относительно низкой диэлектрической проницаемости изготовленной керамики. Они подчеркнули, что максимальная плотность энергии для керамики должна быть получена для более тонких слоев диэлектрика из-за меньшей вероятности возникновения дефектов (таких как поры, пустоты или микротрещины), которые являются известными источниками пробоя диэлектрика. Позднее, в 1990 г., Лав30, также из компании Sprague Electric Company, вновь обратился к накоплению энергии в керамических конденсаторах и выделил эмпирические принципы проектирования для достижения улучшенного накопления энергии в конденсаторах, как показано в таблице 1. Коммерческие конденсаторы типа C0G изготавливаются из конденсаторов с низкой относительной диэлектрической проницаемостью ( εr) линейные диэлектрики, но могут достигать накопления энергии в 1 Дж/см3 благодаря их изначально высокому BDS. Значение BDS для достижения высокого накопления энергии становится очевидным в случае конденсаторов типа X7R, изготовленных из BT с высоким εr. Важная корреляция между диэлектрической BDS и толщиной (t) может быть извлечена из таблицы. Действительно, при уменьшении вдвое t диэлектрических слоев накопление энергии увеличивается более чем в 3 раза. Этот эффект был недавно зафиксирован Янгом и его коллегами,31 которые собрали данные BDS из литературы для нескольких диэлектрических материалов с разными t и наблюдали затухание, обратно пропорциональное (t)a, где а было определено как 0,5. Наконец, при сравнении аккумулирования энергии Z5U и X7R становится очевидным, что высокое значение εr само по себе не является достаточным параметром для достижения высокого аккумулирования энергии. Интересно, что Лав30 подчеркнул, что конденсаторная промышленность довольно консервативна в плане совершенствования BDS керамики, чтобы достичь значений, близких к значениям монокристаллов, что значительно улучшило бы накопление энергии в керамических конденсаторах. Love30 предположил, что максимальная плотность накопления энергии может быть достигнута в материалах со средним, а не с высоким εr, поскольку они демонстрируют большую BDS. Флетчер и его коллеги32 убедительно постулировали, что большая плотность накопления энергии действительно может быть достигнута в материалах FE, чья температура Кюри (Tc) регулируется таким образом, чтобы гарантировать, что материал работает в параэлектрическом режиме, где он показывает относительно небольшое нулевое поле εr , подход, уже упомянутый Яффе в 1961 году.28 В 2009 году Огихара и его коллеги33 предложили использовать так называемые слабо связанные релаксоры, такие как 0,7BaTiO3-0,3BiScO3 (0,7BT-0,3BS), для изготовления устройств накопления энергии. Этот новый концептуальный подход направлен на использование необычайной температурной стабильности εr, проявляемой этим семейством материалов. По сравнению с коммерческими конденсаторами X7R, конденсаторы 0,7BT-0,3BS продемонстрировали превосходные характеристики, достигнув плотности восстанавливаемой энергии (Wrec) 6,1 Дж см-3 при 730 кВ см-1. Опять же, решающую роль в этом спектакле сыграл большой диэлектрический BDS. Совсем недавно, в 2019 году, Ван, Рини и их коллеги34 представили новый подход к улучшению характеристик накопления энергии за счет изготовления химически гетерогенной, но электрически однородной керамики, при этом Wrec достигает 10,5 Дж/см3, как подробно описано далее в этом обзоре. Здесь мы представляем принципы хранения энергии в керамических конденсаторах, включая введение в электростатические конденсаторы, ключевые параметры для оценки свойств накопления энергии, микроструктурные соображения и критические электрические факторы. Во-вторых, мы рассмотрим современное состояние свинцовой и бессвинцовой электрокерамики для накопительных конденсаторов с объемной керамикой, керамическими многослойными материалами (МС), керамическими пленками и стеклокерамикой, оцениваемыми отдельно. В-третьих, мы опишем стратегии оптимизации накопления энергии в электрокерамике. Наконец, мы продемонстрируем на соответствующих примерах руководство по будущему развитию электрокерамики в конденсаторах для накопления энергии. ………… РЕЗЮМЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ Хранение энергии на основе свинца Керамика Керамика на основе свинца имеет большой потенциал в качестве материалов для хранения энергии в современной микроэлектронике, где требуются высокие напряжения и температуры, например, в импульсном питании и силовой электронике. Керамика типа AFE на основе свинца демонстрирует чрезвычайно высокую плотность энергии, но оптимизация BDS, η и минимизация электронапряжения проблематичны. Низкий BDS (< 300 кВ см-1) часто связывают с улетучиванием свинца/оксида свинца, что приводит к образованию вакансии свинца (Vpb .. ) и VO .., что приводит к утечке тока. Такие проблемы могут быть частично решены путем сочетания улучшенной обработки и примесей, но достижение значений BDS, наблюдаемых в бессвинцовых материалах, оказалось труднодостижимым. Низкое значение η в керамике типа АФЭ на основе свинца (<80%) в основном является результатом раскрытия петли гистерезиса в сильном поле из-за стабилизации индуцированной полем фазы АФЭ. Это приводит к изменению класса кристаллов с тетрагонального (AFET) на ромбоэдрический (FER), что приводит к большим деформациям (> 0,3%), которые могут предотвратить долгосрочное циклирование из-за механической усталости. Недостаток популярности исследований материалов на основе свинца по сравнению с материалами, не содержащими свинца, в академическом сообществе означает, что исследование новых систем довольно ограничено, но есть, например, интересные смешанные системы на основе свинца и висмута с высокими значениями εr и спонтанная поляризация, которая отражала бы некоторые из принципов дизайна, принятых в бессвинцовой керамике, особенно в твердых растворах, которые сочетают в себе AFE и концевые элементы релаксора. Кроме того, требуется дальнейшая работа, чтобы понять кристаллическую структуру и поведение фазового перехода. Многие системы имеют несоизмеримую модуляцию, и их влияние на переключение AFE/FE необходимо дополнительно изучить с использованием in situ XRD и комбинационного рассеяния (температура / электрическое поле), а также с использованием расширенной TEM с поправкой на аберрацию для изучения локальной структуры.

2021

Первоначально была приготовлена трехслойная керамика ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8-TiO2-ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8 с различной массовой долей TiO2. Были полностью продемонстрированы преимущества многослойной архитектуры, а диэлектрические свойства микроволнового излучения контролировались компонентами каждого диэлектрического слоя. В отличие от ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8-TiO2 со случайным распределением, эта трехслойная архитектура может обеспечить почти 50-процентное увеличение значения Q×f. Между тем, на основе параллельного режима распределения можно было получить увеличение диэлектрической проницаемости на 10 % благодаря наличию Zn2GeO4. После спекания при 1120 ℃ в течение 6 ч трехслойная керамика ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8-TiO2-ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8 показала отличные диэлектрические свойства (εr = 42,1, Q×f = 51 477 ГГц и τf = +1,9 ppm/℃). с 0,04 мас.% TiO2, и была достигнута совместная оптимизация микроволновых диэлектрических свойств. Это исследование дает направление для подготовки высокоэффективных СВЧ диэлектрических резонаторов для применения в технологиях беспроводной связи 5G. Введение Чтобы лучше соответствовать требованиям высокопроизводительных диэлектрических устройств в эпоху 5G в отношении низких вносимых потерь, небольшого размера и хорошей температурной стабильности, значение коэффициента качества (значение Q × f), диэлектрическая проницаемость (εr) и температурный коэффициент резонансной частоты (τf) соответствующей СВЧ-диэлектрической керамики (МВДК) следует дополнительно оптимизировать. Однако взаимосвязь между значением Q×f, εr и τf MWDC взаимно ограничена, и улучшение всесторонних диэлектрических характеристик MWDC было в центре внимания прошлых исследований [1–4]. В настоящее время двухфазный композиционный метод широко используется для получения высокоэффективных МВДК [1,5,6]. То есть диэлектрические характеристики СВЧ можно регулировать, добавляя еще одну фазу с высоким εr и противоположным τf [5,6]. Этот случайный режим распределения является типичным комбинированным режимом для MWDC с различными фазами, что означает, что необходимые материалы непосредственно смешиваются и превращаются в керамику. На основе этого метода можно оптимизировать как диэлектрическую проницаемость, так и температурный коэффициент резонансной частоты. Тем не менее, нежелательные химические реакции между двумя смешанными материалами неизбежно приводят к различным дефектам, которые ухудшают диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, и продукты не могут соответствовать требованиям применения по низким вносимым потерям [7–12]. В последнее время для получения СВЧ-диэлектрической керамики с двумя комплементарными фазами был использован метод слоистого совместного обжига [13–15]. Например, Zn1.01Nb2O6/TiO2/Zn1.01Nb2O6 и MgTiO3/TiO2/MgTiO3 многослойная керамика совместного обжига с превосходными характеристиками была описана Zhang et al. [16,17]. Этот метод может эффективно снизить ухудшение значения Q×f в процессе регулировки εr и τf. Однако εr системы несколько увеличивается, что не способствует миниатюризации СВЧ-устройства. Поэтому устранение недостатков двух методов стало важной темой. ZnTiNb2O8 был обнаружен в системе ZnNb2O6-TiO2 Baumgarte et al. [18]. Ким и др. [19] впервые сообщили о микроволновых диэлектрических свойствах спекания при 1250 ℃: Q×f = 42 500 ГГц, εr = 43 и τf = -50 ppm/℃. Недостаточное значение Q×f и большой отрицательный температурный коэффициент резонансной частоты ограничивают его применение в связи 5G. Недавно Луо и соавт. [20] оптимизировали его добротность (значение Q×f) почти в 1,5 раза за счет количественного легирования Ge4+ (Q×f = 62700, εr = 35,6 и τf = -58 ppm/℃ при легировании 3 мол.% Ge4+ в ZnTiNb2O8). Однако его температурный коэффициент все еще нуждается в улучшении. Поэтому, исходя из их фазового состава, вышеупомянутые методы были выбраны для адаптации комплексных диэлектрических характеристик ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8 с несколькими фазами. В данной работе в качестве матрицы используется ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8 на основе нашей предыдущей работы, а композитная керамика (ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8-TiO2) с трехслойной архитектурой и случайным распределением изготавливается двумя вышеуказанными способами. На основе анализа с помощью XRD и SEM охарактеризованы кристаллическая структура, фазовый состав и микроструктура переходных слоев. Затем всесторонне проанализированы микроволновые диэлектрические свойства трехслойной керамики ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8-TiO2-ZnTi0,97Ge0,03Nb2O8, и прояснен механизм модификации метода композитного слоя с совместным обжигом в системе на основе керамики ZnTiNb2O8. Между тем, получена новая микроволновая диэлектрическая керамика с высоким значением Q×f, высокой диэлектрической проницаемостью и хорошей температурной стабильностью. Ожидается, что этот материал будет соответствовать требованиям применения высокопроизводительного диэлектрического резонатора в эпоху 5G. …………… Вывод Приготовили трехслойную композитную керамику ZTGN-TO-ZTGN и сравнили ее с композитной керамикой ZTGN-TO со случайным распределением. Стоит отметить, что измеренное значение εr выше теоретических значений, рассчитанных по параллельной модели. В отличие от типа случайного распределения ZTGN-TO, эта архитектура позволяет добиться почти 50-процентного увеличения значения Q×f, а диэлектрическая проницаемость существенно не ухудшается. Превосходная производительность объясняется стабильной трехслойной конструкцией. В этой трехслойной структуре наличие стабильного слоя TiO2 (промежуточного слоя) и микроструктуры, образованной Zn2GeO4, улучшают распределение электрического поля в области с высокой диэлектрической проницаемостью и позволяют избежать ухудшения диэлектрической проницаемости. Кроме того, конструкция трехслойной структуры позволяет в значительной степени избежать возникновения неожиданных химических реакций между компонентами композита. Таким образом, почти нулевая τf (+1,9 ppm/℃) с высоким εr (42,1) и высокой Q×f (51,477 ГГц) может быть достигнута в трехслойной керамике ZTGN-TOZTGN, когда массовая доля слоя TiO2 составляет 0,04 мас.% после спекания при 1120 ℃ в течение 6 ч.

2021

Керамика Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) с орторомбической структурой силикокарнотита была изготовлена с помощью высокоэнергетического шарового измельчения и твердофазного реакционного пути. Плотная керамика Ca3Yb2Si3O12 и Ca3Y2Si3O12, спеченная при 1260 ◦C и 1240 ◦C, показала перспективные микроволновые диэлектрические свойства с εr = 9,2 и 8,7, Q×f = 56 400 ГГц и 29 094 ГГц, τf = – 77,5 ppm/◦C и – 76,8 ppm/◦С соответственно. Связь между кристаллической структурой и значениями Q×f керамики Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) обсуждалась в отношении доли упаковки, а их собственные микроволновые диэлектрические свойства были исследованы с использованием анализа спектров инфракрасного отражения. Термическая стабильность Ca3Yb2Si3O12 была успешно улучшена путем формирования композитной керамики 0,91Ca3Yb2Si3O12-0,09CaTiO3 с τf = +2,9 ppm/°C, εr = 12,93 и Q×f = 26,729 ГГц. Введение В течение нескольких лет микроволновая диэлектрическая керамика занимает непоколебимую позицию в приложениях диэлектрических резонаторов, фильтров, подложек, конденсаторов и генераторов, которые стали неотъемлемой частью нашей оцифрованной жизни. С развитием современных систем связи требуется более высокая скорость передачи и более высокое качество сигналов, что приводит к острой необходимости в высококачественной и недорогой СВЧ-диэлектрической керамике [1]. Таким образом, эксплуатационные требования к керамике в основном делятся на следующие аспекты: (1) высокий коэффициент качества (Q × f); (2) низкая диэлектрическая проницаемость (εr); (3) близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (τf), удовлетворяющий требованиям отличной частотной избирательности, высокой скорости передачи электронного сигнала и хорошей термической стабильности соответственно [2,3]. В последнее время семейство гранатов с общей формулой A3B2C3O12 проявляет характеристики низкой диэлектрической проницаемости и высоких характеристик, такие как Ca3Y2Ge3O12, Mg3Y2Ge3O12, Ca3Al2Ge3O12, AgCa2Zn2V3O12, AgCa2Mg2V3O12 [4–6]. Ca3Y2Si3O12, что согласуется с общей химической формулой граната со структурой A3B2C3O12, тогда как Д.Л. Пёршке и Х. Ямане [7,8]. Кристаллическая структура силикатных соединений со стехиометрическим составом Ca3M2Si3O12 зависит в основном от ионного радиуса M. Гранаты на основе кремния на основе иона Ca2+ обычно стабильны, когда ионный радиус M меньше 0,8 Å. А для катионов с большим радиусом, таких как Y3+ (0,892 Å) и Lu3+ (0,848 Å), они не могут образовать октаэдр в гранате в окружении шестикоординации. Поэтому маловероятно, что это гранатовая структура [9]. Исследованы видимая люминесценция ионов лантаноидов, спектроскопическая характеристика, фотолюминесцентные свойства и влияние легирования Ce3+, Tb3+ и Sm3+ на люминесцентные свойства Ca3Y2Si3O12 [9–12]. Насколько нам известно, микроволновые диэлектрические свойства керамики Ca3Y2Si3O12 еще не исследованы. Кроме того, Пёршке сообщил, что системы кальций-кремний-иттрий имеют высокую температуру синтеза (1500 ◦C), что увеличивает стоимость производства и потребления материала [9]. Лин и др. получили чистую фазу и плотную керамику Mg2SiO4 при 1075 ◦C с помощью высокоэнергетической шаровой мельницы (HEBM) и снизили температуру спекания на 300 ◦C [13,14]. Этот синтетический метод полезен для улучшения скорости реакции и уплотнения керамики [15]. В данной работе мы приготовили керамику Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) методом HEBM и методом твердофазной реакции из-за сходного ионного радиуса Yb3+ (0,868 Å) по сравнению с Y3+ (0,892 Å) [16]. Систематически изучались морфология зерен, диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, а также спектры отражения в инфракрасном диапазоне. …………… Выводы Две орторомбические силикокарнотитные структурированные микроволновые диэлектрические керамики Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) были изготовлены с помощью высокоэнергетического шарового измельчения и твердофазного реакционного пути. Плотные керамики Ca3Yb2Si3O12 и Ca3Y2Si3O12, спеченные при 1260 ◦C и 1240 ◦C соответственно, имели низкое значение εr (9,2 и 8,7), высокое Q×f (56 400 ГГц и 29 094 ГГц) и отрицательное значение τf (– 77,5 ppm/◦C и – 76,9 м.д./°С). Изменение значений Q × f керамики Ca3M2Si3O12 (M = Yb, Y) сильно зависело от доли упаковки. Собственные значения εr (8,9 и 9,0) и Q×f (73 815 ГГц и 33 470 ГГц) керамики Ca3Yb2Si3O12 и Ca3Y2Si3O12 были экстраполированы на основе подогнанных инфракрасных спектров отражения, соответственно, показывая, что диэлектрическая проницаемость в микроволновом диапазоне определяется только смещением ионов. поляризация. Кроме того, была сформирована композитная керамика 0,91Ca3Yb2Si3O12-0,09CaTiO3, чтобы успешно скорректировать в значительной степени отрицательное τf с εr = 12,93, Q×f = 26 729 ГГц и τf = +2,9 ppm/°C.

2021

В этом исследовании исследуются объемная плотность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики серии MgO–2B2O3, синтезированной твердофазной реакцией. По данным рентгенофазового и микроструктурного анализов исходная керамика MgO–2B2O3 имеет однофазную структуру со стержневидной морфологией. Было исследовано влияние различных количеств H3BO3 и BaCu(B2O5) (BCB) на объемную плотность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства керамики MgO–2B2O3. Соответственно, оптимальная температура спекания была получена при добавлении 30 мас.% H3BO3 и 8 мас.% BCB. Мы также снизили температуру спекания до 825°С. ℃ Кроме того, добавление 40 мас. % H3BO3 и 4 мас. % BCB увеличило добротность, диэлектрическую проницаемость и температурный коэффициент резонансной частоты MgO–2B2O3 до 44 306 ГГц (на 15 ГГц), 5,1 и −32 ppm/соответственно. Эти свойства делают MgO–2B ℃ 2O3 жизнеспособной низкотемпературной керамикой совместного обжига с широким применением в микроволновых диэлектриках. Введение Низкотемпературная керамика совместного обжига (LTCC) широко используется в беспроводной связи и радиовещании в качестве сырья для производства электронных компонентов благодаря низкой себестоимости, короткому циклу разработки и потенциалу миниатюризации электронных устройств [1–2]. 4]. Однако большинство диэлектрических материалов с высоким значением Q×f изготавливают при высоких температурах спекания, что затрудняет их интеграцию с низкоплавкими электродами и полимерными подложками и приводит к избыточному потреблению энергии и испарению летучих компонентов. Для практического применения LTCC требуются отличные диэлектрические свойства для микроволнового излучения, низкая температура спекания и адекватное согласование совместного горения между керамикой и электродами [5–10]. В LTCC часто добавляют материалы с низкой температурой плавления, чтобы снизить требуемую температуру обжига. Однако такой подход ослабляет микроволновые диэлектрические свойства. Керамика MgO–B2O3 привлекла исследовательский интерес из-за ее потенциального применения в устройствах LTCC. Дэвис и Найт [11] систематически описали химию бинарных систем MgO–B2O3, т.е. MgO–B2O3, MgO–1/2B2O3 и MgO–1/3B2O3. Нишизука и др. В работе [12] показано, что субстраты на основе полимеров MgO–xB2O3 (x = 25 и 33) и приводят к избыточному расходу энергии и испарению летучих компонентов. Для практического применения LTCC требуются отличные диэлектрические свойства для микроволнового излучения, низкая температура спекания и адекватное согласование совместного горения между керамикой и электродами [5–10]. В LTCC часто добавляют материалы с низкой температурой плавления, чтобы снизить требуемую температуру обжига. Однако такой подход ослабляет микроволновые диэлектрические свойства. Керамика MgO–B2O3 привлекла исследовательский интерес из-за ее потенциального применения в устройствах LTCC. Дэвис и Найт [11] систематически описали химию бинарных систем MgO–B2O3, т.е. MgO–B2O3, MgO–1/2B2O3 и MgO–1/3B2O3. Нишизука и др. [12] показали, что MgO–xB2O3 (x = 25 и 33) спеченный при низких температурах продемонстрировал замечательные диэлектрические свойства с диэлектрической проницаемостью (εr) примерно 7 и добротностью (Q × f) 79 100–260 100 ГГц (x = 33) и 39 600–310 000 ГГц (x = 25). Пенг и др. [13,14] сообщили о синтезе композитной керамики 0,8Zn3B2O6 + 0,2Mg3B2O6 для применений LTCC и получили превосходные диэлектрические свойства при спекании при 950°С с εr 6,47, Q × f 89 600 ГГц и температурным коэффициентом резонанса. частота (τf) приблизительно 48,6 ppm/℃. Кроме того, сообщается, что оптимизированная керамика Zn3B2O6 с использованием Ni2+ вместо Zn2+ обладает сильными диэлектрическими свойствами при 900 ℃ с εr 6,9, Q × f 91000 ГГц и τf примерно 55,6 частей на миллион/℃. Пэн и др. В работе [15] сообщается о керамике Li2(Mg1-xNix)SiO4 с добавлением 2 мас.% литий-бор-висмут-кремниевого (LBBS) стекла, в которой реализованы отличные диэлектрические свойства при 900 ℃ (спекание) и микроволновые диэлектрические свойства. Фан и др. [16] сообщили об оптимальных микроволновых диэлектрических свойствах при температуре спекания до 1100°С и молекулярном соотношении MgO : B2O3 = 1 : 1. Полученная керамика продемонстрировала хорошие микроволновые диэлектрические свойства с εr 5,83, Q × f 41 930 ГГц. и τf приблизительно 62 ppm/℃. Согласно Чжоу и др. [17], керамика MgO–2B2O3–4% BaCu(B2O5) обладает соответствующими микроволновыми диэлектрическими свойствами, перспективными для применения в LTCC. Однако микроволновые диэлектрические свойства керамики с высоким содержанием B2O3 в бинарной системе MgO–B2O3 (например, MgO–2B2O3 и MgO–B2O3) подробно не исследовались. Кроме того, температура спекания керамики MgO–2B2O3 остается достаточно высокой для устройств LTCC [18]. Для снижения температуры спекания керамики можно использовать спекающие добавки [19–29], ультрадисперсные порошки [30–34] и низкотемпературные материалы [35–37]. Однако получение ультрадисперсного порошка с низкими внутренними температурами спекания является дорогостоящим, сложным, и его трудно расширить для коммерциализации. Стекло имеет гораздо более низкое значение Q × f, чем чисто микроволновая диэлектрическая керамика [38]. Поэтому при легировании СВЧ-керамики стеклом добротность снижается [1,39]. BaCu(B2O5) (BCB) имеет низкую температуру плавления, достаточную смачиваемость и хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Поэтому его добавление при спекании будет способствовать уплотнению керамики Mg3B2O6 [24,40]. Кроме того, исследователи эффективно снизили температуру спекания MgO, добавив соответствующее количество материалов для спекания [37], таких как B2O3, H3BO3 и BCB. Однако микроволновые диэлектрические свойства керамики MgO–2B2O3–xwt%BCB–ywt%H3BO3 систематически не исследовались, что и является целью настоящего исследования. ………………… Выводы Таким образом, керамика MgO–2B2O3–xwt%BCB–ywt%H2BO3 (x = 2, 4, 6 и 8; y = 10, 20, 30 и 40) была получена с использованием твердофазной реакции; было систематически исследовано влияние содержания H3BO3 и BCB на объемную плотность, поведение при спекании и микроволновые диэлектрические свойства. Керамика MgO–2B2O3–xwt%BCB–10wt%H3BO3 (x = 2, 4, 6 и 8) состоит из однофазного MgO–2B2O3 с орторомбической пространственной группой Pbca. Q × f керамики MgO–2B2O3–xwt%BCB–10wt%H3BO3 (x = 2, 4, 6 и 8) сначала увеличивалась, а затем плавно уменьшалась по мере увеличения содержания BCB. Оптимальные свойства полученной керамики MgO–2B2O3–4%BCB–10%H3BO3: ρ = 2,409 г/см3, Q × f = 40,076 ГГц, εr = 5 и τf = −45 ppm/. Кроме того, ℃ микроволновые диэлектрические свойства и температура спекания керамики MgO–2B2O3–4%BCB–ywt%H3BO3 (y = 10, 20, 30 и 40) улучшались по мере увеличения содержания H3BO3 при 4% масс BCB. Полученный MgO–2B2O3–4 мас.%BCB–40 мас.%H3BO3 продемонстрировал превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с εr, Q × f и τf, равными 5,1, 44 306 ГГц (на 15 ГГц) и -32 ppm/, соответственно. В этом исследовании представлен новый ℃ подход к изменению τf керамики MgO–B2O3, который является важным параметром, определяющим стабильность и производительность микроволнового оборудования и устройств.

2021

Методом твердофазной реакции синтезированы новые керамические соединения Co2NdNbO6. Эти соединения состояли из двух фаз и имели стабильную структуру. Обсуждается соотношение диэлектрической проницаемости (er), относительной плотности, размера зерна и поляризуемости. На значения коэффициента качества (Qf) сильно влияла плотность, и внезапное уменьшение плотности может привести к снижению значений Qf. Керамика имела значение диэлектрической проницаемости 17,62, значение Qf 12 200 ГГц и значение температурного коэффициента sf 65,98 ppm/C при 1200 C в течение 4 часов. Введение Быстрое развитие беспроводной связи требует новых и различных видов керамики для удовлетворения ее приложений. В последние годы несколько новых функциональных керамических оксидов привлекли большое внимание для применения в резонаторах, фильтрах и т. д. [1–3]. Были синтезированы и охарактеризованы многие керамические соединения кислорода с химической формулой A2BCO6x, где A = Mg, Ca, Mn и т. д.; B = Nd, La или Ce; C = Ta, Nb и 0,5< x < 0,5 [4–12]. Например, Кумар [4] синтезировал два новых оксидных керамических материала Mg2NdTaO6 и Mg2LaTaO6 и обсудил взаимосвязь температуры спекания, структуры решетки, диэлектрической проницаемости и проводимости. Чжан [5] первым и успешно получил соединения оксидов металлов Mg2NdNbO6, которые обладали превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами и могли бы стать хорошим кандидатом для будущего электронного применения. Они обнаружили, что относительная плотность сильно повлияла на тенденцию диэлектрической проницаемости, а значения Qf в основном зависели от размера зерна соответственно. В том же году был синтезирован новый керамический материал Mg2CeNbO6 [6], результаты показали, что er монотонно увеличивается с температурой спекания, на значения Qf в основном влияют собственные потери и размер зерна. Однако, как важный двухвалентный ион, ион Co часто использовался вместо него, а соединения Co2NdNbO6, по-видимому, игнорировались, а их диэлектрические свойства тщательно не исследовались. В данной работе были успешно синтезированы новые соединения Co2NdNbO6, представлены получение и их свойства, включая структуру микроструктуры, диэлектрическую проницаемость, значения температурного коэффициента и значения добротности. ……………… Вывод В этой статье была успешно синтезирована новая керамика Co2NdNbO6 и впервые сообщалось об их микроволновых диэлектрических свойствах. Новая керамика Co2NdNbO6 содержала две фазы: основной фазой является NdNbO4, а второй фазой является CoO. В кристаллической фазе всех образцов при разных температурах спекания не было различий или проявлялись дополнительные фазы. Результаты ЭДС показали, что распределение элементов Nd и Nb было одинаковым, а элемента Co – нет, и три элемента были окружены друг другом, что доказывало сосуществование NdNbO4 и CoO в керамике Co2NdNbO6. В диапазоне температур от 1100°С до 1150°С диэлектрическая проницаемость увеличивалась с увеличением плотности, при температуре выше 1150°С диэлектрическая проницаемость оставалась стабильной. Значимого изменения sf не наблюдалось, а изменение sf соответствовало er. Доказано, что тенденция значений Qf сначала к увеличению, а затем к снижению определяется плотностью. Керамика Co2NdNbO6, спеченная при 1175°С в течение 4 часов, обладала многообещающими микроволновыми свойствами (Qf = 12 200 ГГц, er = 17,62 и sf = 65,98 ppm/C).

2021

Микроволновый нагрев является привлекательным новым методом обработки бетона благодаря его высокой эффективности и низкому энергопотреблению. В данной статье представлен всесторонний обзор научных и технических достижений в области обработки бетона с помощью микроволн. Ход исследований подразделяется на механизм микроволнового нагрева, экспериментальные исследования и численные исследования. Подробно исследуются теоретические основы процесса нагревания бетона с помощью микроволн, охватывающие такие области, как характеристики микроволнового нагрева, основные уравнения, диэлектрические свойства и эффекты связи нескольких полей. Обобщены несколько привлекательных применений микроволн для обработки бетона, в том числе рециркуляция бетона с помощью микроволн, отверждение бетона с ускорением микроволн, сверление бетона с помощью микроволн и неразрушающий мониторинг с помощью микроволн. Обсуждаются будущие усилия, а также теоретические и технические проблемы промышленного применения микроволн для обработки бетона, что дает рекомендации по развитию применения микроволн для обработки бетона. Введение Строительная отрасль удовлетворяет основные потребности человеческого выживания. Бетон является одним из наиболее важных строительных материалов и широко используется в зданиях, дорогах, туннелях, мостах и других инфраструктурных сооружениях. Непрерывное развитие строительной отрасли приводит к производству большого количества бетона и цемента по всему миру. Это увеличение производства цемента и бетона приводит к увеличению потребления энергии. Экологичные и устойчивые новые технологии необходимы для решения энергетических и экологических проблем на протяжении всего жизненного цикла бетона. Микроволновый нагрев привлекает внимание инженеров, особенно специалистов по бетону, с 1980-х годов [1–8]. С тех пор эта технология применялась ко многим аспектам жизненного цикла бетона, включая производство, снос и переработку. Микроволны — это электромагнитные волны в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц [9]. Микроволновый нагрев — это процесс, при котором материалы взаимодействуют и соединяются с микроволнами. Электромагнитная энергия поглощается материалами, поглощающими микроволновое излучение, и затем преобразуется в тепловую энергию [10–15]. Таким образом, тепловыделение основано на взаимодействии молекул с электромагнитным полем. По сравнению с обычными методами нагрева, микроволновый нагрев не ограничивается теплопроводностью, излучением или конвекцией от внешних источников тепла к нагретым материалам. В обычном процессе нагрева поверхность материала сначала нагревается источником нагрева, а затем тепловая энергия передается внутренним материалам [16,17]. Однако микроволны объемно нагревают материалы из Индии, что представляет собой изменение направления нагрева по сравнению с обычным нагревом [18,19]. Эффективность микроволнового нагрева зависит от свойств материала, то есть от характеристики селективного микроволнового нагрева. Когда микроволновое излучение воздействует на композитный материал с различными диэлектрическими свойствами, оно выбирает материал с более высокими потерями для реакции с ним в первую очередь. Микроволновый нагрев, как правило, является эффективным процессом с высокой скоростью нагрева, коротким временем обработки и низким потреблением энергии. Благодаря этим преимуществам для нагрева и многолетним исследовательским усилиям во всем мире, микроволновые приложения стали возможными кандидатами для обработки бетона [20-26]. Микроволновое отверждение имеет большой потенциал революционизировать процесс отверждения бетона. По сравнению с обычным отверждением паровым нагревом, микроволновый нагрев может улучшить раннюю прочность бетона за более короткое время отверждения [27]. Другая область применения может включать необходимость точного удаления определенного компонента или части бетона, то есть рециркуляция бетонного заполнителя [28–30]. Утилизация бетона эффективна для утилизации строительного мусора. Избирательное нагревающее свойство микроволн обеспечивает источник переработанного заполнителя для повторного использования в дальнейших процессах производства бетона [31–35]. Бурение бетона с помощью микроволн зарекомендовало себя как экологически чистый и устойчивый метод с низким уровнем загрязнения и высокой управляемостью. С помощью этого метода можно эффективно получить отверстие в бетоне определенного размера. Кроме того, микроволновый неразрушающий контроль (МНК) привлек значительное внимание благодаря своему промышленному потенциалу. Это приложение основано на способности бетона поглощать микроволны. Свойство микроволновой диагностики может выявить трещины и дефекты и использоваться для оценки содержания влаги и ранней прочности бетона. В этой статье мы подводим итоги развития микроволнового нагрева для обработки бетона. Соответствующие достижения обобщаются в отношении следующих трех аспектов: (а) прогресс в исследованиях процесса нагревания бетона с помощью микроволнового излучения, включая теоретические, численные и экспериментальные результаты; (б) разработка применения микроволнового излучения для обработки бетона, включая переработку бетона с помощью микроволнового излучения, ускорение отверждения, сверление бетона и неразрушающий контроль; (c) теоретические и технические задачи для будущих разработок, включая физический механизм процесса нагрева бетона под действием микроволнового излучения, характеристики микроволнового нагрева и новые системы нагрева с более высокой эффективностью и меньшим потреблением энергии. …………… Заключение Микроволновый нагрев — это высокоэффективный подход к объемному нагреву, подходящий для диэлектрических материалов. По сравнению с обычными методами нагрева, микроволновые печи являются отличными кандидатами для обработки бетона. С растущим вниманием к устойчивому развитию и экологически безопасным процессам обработка бетона с помощью микроволн постепенно завоевывает популярность и признание. Представлен обзор экспериментальных, теоретических и численных результатов по технологии микроволнового нагрева, полученных за последние десятилетия. (а) Были обсуждены механизм, характеристики и теоретические основы микроволнового нагрева. (b) Был изучен прогресс применения микроволнового излучения для обработки бетона, включая рециркуляцию бетона с помощью микроволнового излучения, отверждение бетона с помощью микроволнового излучения, сверление бетона с помощью микроволнового излучения и неразрушающий микроволновый мониторинг. (c) Были окончательно определены проблемы инженерных приложений, связанных с обработкой бетона с помощью микроволн, включая реакцию на нагрев, характеристики нагрева и систему нагрева. Можно сделать вывод, что инженерные применения обработки бетона с помощью микроволн теоретически возможны и охватывают практически весь жизненный цикл бетона. Такие приложения постепенно внедряются в практическое и коммерческое использование. Необходимы дополнительные усилия для обеспечения безопасности, качества и экономичности этой экологически чистой технологии. Таким образом, для масштабного применения микроволн в технике необходима значительная работа.

2021

В этой работе керамика (1-x)Li2TiO3-xLi4NbO4F была приготовлена традиционным способом для твердотельной керамики. С увеличением содержания Li4NbO4F фазовая структура трансформировалась из упорядоченной моноклинной в неупорядоченную кубическую. За счет увеличения содержания Li3NbO4F температурный коэффициент резонансной частоты (τf ) удалось приблизить к нулю, а диэлектрическая проницаемость (εr) и микроволновая добротность (Qf) несколько уменьшились. Выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства с εr = 18,7, Qf = 61 388 ГГц (6,264 ГГц) и τf = 0,9 ppm/°C были получены для керамики 0,9Li2TiO3-0,1Li4NbO4F, спеченной при 1050 ◦C в течение 2 ч, что свидетельствует о том, что эта керамика подходят для практического применения в области микроволновых подложек и компонентов. Введение С быстрым развитием беспроводной и мобильной связи появилась новая СВЧ-диэлектрическая керамика с подходящей диэлектрической проницаемостью (εr), высокими значениями СВЧ-добротности (Qf, низкими диэлектрическими потерями) и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τf ≈ 0 ppm). /◦C) желательны для приложений микроволновых устройств [1–6]. В последнее время большое внимание привлекает микроволновая диэлектрическая керамика на основе лития с каменной солью, такая как Li2TiO3, Li3NbO4, Li2WO4 и Li2CeO3, благодаря относительно низкой температуре спекания и отличным диэлектрическим свойствам [7–9]. Среди этой керамики керамика Li2TiO3, спеченная при 1300 ◦C в течение 2 часов, показала превосходные микроволновые диэлектрические свойства с εr 22, значением Qf 63 500 ГГц (8,6 ГГц) и значением τf +20,3 ppm/◦C [10]. Однако его практическое применение было затруднено из-за высокой температуры спекания, а также положительного значения τf. В предыдущем исследовании в керамику Li2TiO3-Li3NbO4 добавляли B2O3 для снижения температуры спекания, и результаты показали, что температура спекания снизилась до 900 ◦C с ухудшением значения Qf до 44000 ГГц [11]. С другой стороны, сообщалось, что LiF в качестве вспомогательного средства для спекания успешно снижает температуру спекания в некоторых микроволновых диэлектрических керамических системах [12–14]. Как сообщалось, Li4NbO4F с высоким Qf, низкой температурой спекания и отрицательным значением τf широко изучался [15]. Поэтому в данной работе керамика Li4NbO4F использовалась в качестве вспомогательного средства для спекания для регулирования значения τf и снижения температуры спекания керамики Li2TiO3. (1-x)Li2TiO3-xLi4NbO4F (x = 0,05, 0,10, 0,15, 0,20) керамики по сравнению с керамикой на нелитиевой основе [16–18] исследовали с целью снижения температуры спекания и достижения близкой к нулю τf значение, а также высокое значение Qf. Их выдающиеся свойства сделали возможным широкое применение в антеннах систем спутниковой связи и глобального позиционирования [19]. Детально изучены фазовая структура, микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства (1-x)Li2TiO3-xLi4NbO4F (x = 0,05, 0,10, 0,15, 0,20). Выводы В данной работе исследованы структурная эволюция, микроструктура, анализ поверхности и микроволновые диэлектрические свойства керамики (1-x)Li2TiO3-xLi4NbO4F (x = 0,05, 0,10, 0,15, 0,20). Сплошные твердые растворы между Li2TiO3 и Li4NbO4F формируются во всем интервале составов с трансформацией фазовой структуры от моноклинной к кубической. С увеличением содержания Li4NbO4F значение τf керамики на основе Li2TiO3 было близко к нулю, а температура спекания керамики снижалась. Значение Qf керамики Li2TiO3-xLi4NbO4F заметно увеличилось по сравнению с керамикой Li2TiO3-Li3NbO4, легированной B2O3. Для керамики 0,90Li2TiO3-0,10Li4NbO4F, спеченной при 1050 ◦C, были получены превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне εr = 18,7, Qf = 61,388 ГГц и τf = 0,9 ppm/°C. Образцы с близким к нулю τf и высоким Qf подходили для практических применений в области спутниковой связи.

2021

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.

2021

Новое соединение Li3Mg4NbO8 было получено в процессе твердофазной реакции. Исследована кристаллическая структура, спекаемость и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg4NbO8. Рентгенофазовым уточнением и результатами спектров КР установлено, что соединение Li3Mg4NbO8 кристаллизуется в орторомбическую структуру, подобную Li3Mg2NbO6, с пространственной группой Fddd. На значение εr сильно повлияли относительная плотность и средняя ионная поляризация. На значение Q × f в основном влияли относительная плотность и средний размер зерна. Керамика Li3Mg4NbO8, спеченная при 1150 ℃, показала выдающиеся диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: εr = 13,8 ± 0,14, Q × f = 103 400 ± 3500 ГГц (на 9,6 ГГц), τf = -36,0 ± 1 ppm/℃. Кроме того, были рассчитаны характеристики связи для лучшего понимания корреляции структура-свойство для керамики Li3Mg4NbO8. Введение Как важный элемент функциональных материалов, микроволновые диэлектрические материалы интенсивно исследуются с момента их интригующих диэлектрических характеристик [1]. Развитие 5G в диапазоне миллиметровых волн увеличило потребность в микроволновой диэлектрической керамике с низкой диэлектрической проницаемостью (εr) [2,3]. Кроме того, с учетом практического применения этих материалов важно, чтобы кандидатные диэлектрические материалы обладали характеристиками высокой добротности (Q × f), а также близким к нулю значением температурного коэффициента резонансной частоты (τf) [4–6]. ]. Хорошо известно, что указанные выше три основные характеристики влияют на различные факторы производительности компонентов: (i) низкое значение εr уменьшает задержку сигнала, (ii) высокое значение Q × f подавляет затухание сигнала и (iii) близкое к нулю значение τf улучшает температурную стабильность. Кроме того, быстрое развитие связи миллиметрового диапазона ускоряет строительство сверхбольших базовых станций 5G, для удовлетворения этих потребностей срочно исследуются новые микроволновые диэлектрические керамики с превосходными характеристиками [7-9]. С начала 1980-х годов были проведены огромные исследования соединений и твердых растворов в системе Li2O-MgO-Nb2O5 [10–13]. Сообщалось о двух тройных соединениях (Li3Mg2NbO6 и Li3MgNbO5). Керамика на основе Li3Mg2NbO6 привлекла значительное внимание исследователей, что связано с ее интересными диэлектрическими и люминесцентными характеристиками [14–23]. Недавно Ли и соавт. впервые сообщили о кристаллической структуре и диэлектрических характеристиках (εr = 16,2, Q × f = 96 796 ГГц, τf = -24,8 ppm/°C) керамики Li3MgNbO5 [13]. Совсем недавно наша группа успешно изготовила новое соединение Li3Mg4NbO8, которое имело ту же кристаллическую структуру, что и Li3Mg2NbO6 [10]. Однако до сих пор не сообщалось о микроволновых диэлектрических свойствах Li3Mg4NbO8. В данной работе систематически изучались микроструктура и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg4NbO8. Хорошо известно, что микроволновые диэлектрические свойства сильно зависят от кристаллической структуры керамики, что, в частности, объясняется теорией химической связи [24–27]. Поэтому внутренний механизм, влияющий на микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg4NbO8, был дополнительно исследован на основе уточнения Ритвельда и теории сложной химической связи. ………… Выводы Новая керамика Li3Mg4NbO8 была успешно изготовлена методом твердофазной реакции. Соединения Li3Mg4NbO8 кристаллизовались в орторомбической структуре с пространственной группой Fddd. Плотная керамика Li3Mg4NbO8 была получена при 1150 ℃. Значение εr определялось совместным влиянием относительной плотности и средней ионной поляризации. Значение Q × f было тесно связано с относительной плотностью и микроструктурой. Керамика Li3Mg4NbO8, спеченная при 1150 ℃, показала хорошие диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне: εr = 13,8 ± 0,14, Q × f = 103 400 ± 3500 ГГц (на 9,6 ГГц), τf = -36,0 ± 1 миллионных долей/℃. Анализ теории связи P–V–L показал, что собственные микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg4NbO8 сильно зависят от связи Nb–O.

2021

Для устранения нелинейного изменения резонансной частоты в системе MgTiO3-CaTiO3 в широком диапазоне температур (-40–105°C) разработана керамика системы MgTiO3-Li2TiO3 с многослойной архитектурой. Трехслойная керамика MgTiO3-Li2TiO3-MgTiO3 (соотношение масс=0,2:0,56:0,2), спеченная при 1275°С, обладает линейным и близким к нулю температурным коэффициентом резонансной частоты (τ f+=-3,0 м.д./°С (25–105°С). ), τ f-=2,7 ppm/°C (-40–25°C)). По сравнению с керамикой MgTiO3-Li2TiO3 со случайным распределением значение Q × f трехслойной керамики значительно улучшено (Q × f = 80 000 ГГц (при 7,6 ГГц)). Распределение электрического поля исследуется с помощью решателя собственных мод программного обеспечения High Frequency Structure Simulator для анализа влияния содержания Li2TiO3 и схемы наложения на диэлектрические свойства. Морфология поперечного сечения показывает плотный промежуточный слой, образованный диффузией ионов, который действует как клей для соединения каждого слоя. Эту работу можно рассматривать как новую стратегию разработки компонентов беспроводной связи 5G с линейной температурной зависимостью резонансной частоты (-40–105°C) и низкими диэлектрическими потерями. Глобальный климат сложен. Зимние температуры могут опускаться до -40°C в некоторых высокоширотных регионах, а летние температуры могут превышать 45°C в некоторых африканских регионах, что приводит к повышению спроса на устойчивое к температуре оборудование связи [1,2]. Микроволновая диэлектрическая керамика (MWDC), краеугольный камень технологии связи пятого поколения (5G), считается критически важной для систем связи, отвечающих этому требованию. Однако исследования температурной стабильности резонансной частоты MWDC в основном были сосредоточены на области положительных температур, тогда как область отрицательных температур в значительной степени игнорировалась. Керамические системы MgTiO3, которые обладают выдающимися микроволновыми диэлектрическими свойствами, подходящей плотностью, обильным сырьем и низкими ценами (εr=17, Q × f=160 000 ГГц (при 7 ГГц) и ρ<3,6 г/см3), в основном могут удовлетворить потребности устройств 5G, за исключением значения τf, отклоняющегося от нуля (τf=-50 ppm/°C) [3–5]. В последнее время в керамике системы 0,95MgTiO3-0,05CaTiO3 применяли двухфазный композиционный метод, достигая близкого к нулю значения τ f (20–80°C) [6,7]. К сожалению, мало внимания уделяется стабильности в диапазоне отрицательных температур. В нашем исследовании нелинейная резонансная частота керамики 0,93MgTiO3-0,07CaTiO3 (МТ-КТ) изменяется в зависимости от температуры, что приводит к субоптимальной температурной стабильности в широком диапазоне температур. Когда положительное значение τf (25–105°C) было настроено на ноль, отрицательное значение τf (-40–25°C) составляло примерно +20 ppm/°C в основном за счет температурной зависимости диэлектрической проницаемости система CaTiO3. Недавно Чжоу и соавт. добился замечательных успехов в низкотемпературной обожженной керамике Li2TiO3 и обнаружил, что диэлектрическая проницаемость системы Li2TiO3 плавно изменяется с температурой, что существенно отличается от системы CaTiO3 [8–10]. Для улучшения линейности резонансной частоты системы MgTiO3 в качестве добавки выбран Li2TiO3, а лучшая температурная стабильность достигается с помощью керамики системы MgTiO3-Li2TiO3. Традиционные случайно распределенные процессы неизбежно приводят к различным дефектам из-за возможной несовместимости между кристаллической структурой, ионным зарядом и ионным радиусом. Для уменьшения дефектов и возможных химических реакций предлагается многослойная керамика. Как правило, диэлектрические свойства связаны с содержанием Li2TiO3 и схемой укладки. С помощью симулятора высокочастотной структуры от компании Ansoft (ANSOFT HFSS) мы исследовали распределение электрического поля различных схем укладки и обнаружили, что средний слой играет важную роль в общей производительности. Эта многослойная керамика с линейным температурным коэффициентом резонансной частоты в широком диапазоне температур и высоким значением Q × f может рассматриваться как новаторский материал для 5G. Порошки MgTiO3, Li2TiO3 и CaTiO3 (MT, LT и CT соответственно) были синтезированы по отдельности традиционным твердофазным методом из высокочистых порошков MgO (98%), Li2CO3 (98%) и TiO2 (99%). Порошки взвешивали в соответствии с желаемой стехиометрией на аналитических весах «1:120» (AW120; Shimadzu Corporation). Для достижения отличной характеристики согласования в направлении диаметра после совместного обжига при 1275°C порошки MgTiO3 и Li2TiO3 были прокалены при 1150°C и 800°C в течение 4 ч на воздухе соответственно. Кроме того, порошки CaTiO3 прокаливали при 1100°С в течение 4 ч на воздухе. На рис. 1 представлено графическое представление хаотически распределенных и слоистых процессов для керамики системы MgTiO3-Li2TiO3. Керамики MgTiO3-Li2TiO3-MgTiO3 (MLM), Li2TiO3-MgTiO3-Li2TiO3 (LML) и MgTiO3-Li2TiO3 (ML) с многослойной архитектурой были получены с помощью многослойного процесса. Прокаленные порошки MgTiO3 и Li2TiO3 растирали с 8 мас.% парафина в качестве связующего. На основе состава 0,4gMgTiO3-xgLi2TiO3 (x=0,5, 0,52, 0,54, 0,56, 0,58) два порошка поочередно добавляли в форму в трех видах порядка. MgTiO3-Li2TiO3 со случайным распределением (смешанный MT-LT) был синтезирован методом случайного распределения. Прокаленные порошки MgTiO3 и Li2TiO3 смешивали по массовой доле, а затем перемалывали в спирте в течение 1 ч. Кроме того, для сравнения была приготовлена керамика 0,93MgTiO3-0,07CaTiO3 методом случайного распределения. Прокаленные порошки MgTiO3 и CaTiO3 смешивали в соответствии с мольным соотношением, а затем повторно измельчали в деионизированной воде в течение 1 часа. После сушки смешанные порошки двух видов измельчали с 8 мас.% парафина в качестве связующего. Все образцы прессовали в таблетки диаметром 10 мм и толщиной 4–5 мм под давлением 4 МПа в течение 60 с, а затем спекали при 1275°С в течение 4 ч на воздухе. Скорость нагрева образцов составляла 5 °С/мин. ……………………… Микроволновые диэлектрические свойства типичных материалов системы MgO-TiO2 и системы Li2O-TiO2 приведены в таблице 2. Современная трехслойная керамика MLM явно обладает превосходными диэлектрическими свойствами. Кроме того, впервые была изучена и впервые зарегистрирована широкотемпературная стабильность материалов системы MgO-TiO2. Благодаря стабильности в широком диапазоне температур и превосходным микроволновым диэлектрическим свойствам результаты этого исследования могут быть применены для разработки компонентов беспроводной связи 5G. В данной работе в качестве матрицы был выбран MgTiO3, и была приготовлена керамика системы MgTiO3-Li2TiO3 со случайным типом распределения и многослойной архитектурой. При массовом соотношении MgTiO3:Li2TiO3=0,4:0,56 трехслойная керамика MgTiO3-Li2TiO3-MgTiO3 обладает превосходными свойствами: εr=21,2, Q × f=80 000 ГГц (при 7,6 ГГц) и τ f+=-3,0 ppm/°C. , τf-=2,7 м.д./°С. В отличие от случайного распределения типа MgTiO3-Li2TiO3 значение Q × f значительно улучшается примерно на 60%.

2021

Керамика на основе кремнезема широко исследовалась как класс универсальных материалов для различных применений в архитектуре, катализе, энергетике, машиностроении и биомедицинской инженерии. Тем не менее исчерпывающая информация о поглощении керамикой на основе кремнезема и электромагнитных микроволн (ЭМВ) недостаточна, хотя в этой области был достигнут значительный прогресс. Здесь рассматривается недавний прогресс в исследовании керамики на основе кремнезема в отношении поглощения ЭМВ. Мы впервые представили основы керамики (характеристики, классификация, методы синтеза, возможные применения). Впоследствии были систематически обобщены керамика на основе кремнезема, включая оксиды и сплавы на основе Si, композит на основе SiOC/SiC/Si3N4/SiCN, Ti3SiC2 и композит для поглощения ЭМВ. Примечательно, что стратегии изготовления, поглощающие свойства и механизмы керамики на основе кремнезема подробно описаны с акцентом на структуру и дизайн компонентов. Наконец, представлены перспективы и текущие проблемы в этой области в будущем. Ожидается, что в этом обзоре будут извлечены уроки из прошлого и достигнут прогресс в отношении будущего керамики на основе диоксида кремния для поглощения ЭМВ. Введение Все более жесткая международная военная конкуренция способствовала быстрому развитию различного высокотехнологичного военного вооружения и техники, особенно истребителей-невидимок и беспилотных летательных аппаратов, что также выдвигает новые перспективы в разработке и исследовании соответствующих электромагнитных микроволновых (ЭМВ) поглощающих и экранирующие материалы [1–4]. Между тем продвижение 5G ускоряет цифровую трансформацию и модернизацию продуктов, что делает помехи сопутствующего цифрового оборудования более серьезными, а испускаемое электромагнитное излучение также наносит больший вред здоровью человека [5–8]. Поэтому решение проблем радиопомех, опасности электромагнитного излучения и малозаметности истребителя является привлекательной и сложной темой. В конце концов, различные типы материалов, поглощающих и экранирующих электромагнитное микроволновое излучение (ЭМВ), в том числе материалы на основе углерода (УНТ, графен, углеродное волокно, графитированный углерод, полимер) [9–12], соединения металлов (оксид, сульфид, нитрид, карбид) [13–16], металлоорганический каркас (MOF) [17–19], MXene [20–23] и композиционные материалы [24–27] были разработаны для обеспечения значительных характеристик поглощения ЭМВ с высокими потерями на отражение (RL), широкая эффективная полоса поглощения (RL <-10 дБ), малая толщина и низкая плотность. Как правило, материалы, поглощающие ЭМВ, в основном используют магнитные потери, диэлектрические потери (особенно поляризацию, такую как электронная поляризация и поляризация интерфейса) и другие механизмы для достижения способности поглощения ЭМВ [28,29]. Хотя ранее разработанные материалы, поглощающие ЭМВ, добились значительного прогресса в области магнитных или диэлектрических потерь, их относительно высокая плотность, низкие потери на отражение и узкая эффективная полоса поглощения ограничивали широту их применения, скорость и масштабы развития производства [30, 31]. Среди них керамические материалы, особенно керамика на основе кремнезема, привлекли значительное внимание в области поглощения ЭМВ благодаря преимуществам высокой термической и химической стабильности, значительной механической прочности и твердости, низкой цене, большим запасам и крупномасштабной подготовке [32]. –35]. Однако массовое применение керамических поглотителей ЭМВ на основе кремнезема сдерживается преимущественно их большим весом, плотной структурой и высокой температурой термообработки. Поэтому разработка и исследование высокоэффективных керамических поглотителей ЭМВ на основе диоксида кремния является важной задачей. Некоторые из этих исследований основаны на уникально разработанных новых наноструктурах, которые дают им возможность многократно рассеивать и отражать электромагнитные волны и увеличивать путь передачи электромагнитных волн [36-39]. Другие исследования основаны на разработке компонентов для получения материалов с хорошим соответствием импеданса между магнитными потерями и диэлектрическими потерями [40–44]. Тем не менее, исчерпывающая информация, включая стратегии изготовления, характеристики поглощения ЭМВ и механизмы поглощения ЭМВ керамикой на основе кремнезема в области поглощения ЭМВ, недостаточна, хотя в этой области был достигнут такой значительный прогресс. Хотя керамика на основе диоксида кремния, применяемая для поглощения ЭМВ, изучалась в течение многих лет, растущие исследования в этой области показали уникальные преимущества керамики на основе диоксида кремния в качестве материалов, поглощающих ЭМВ, открыв новую главу между керамикой на основе диоксида кремния и поглощением ЭМВ. Этот своевременный обзор призван дать читателям глубокое представление о разработке керамики на основе кремнезема для поглощения ЭМВ. В этом обзоре мы кратко представим определение и характеристики, классификацию, методы синтеза и потенциальное применение керамики, обобщим керамические материалы на основе кремнезема, используемые для поглощения ЭМВ, и выделим их стратегии изготовления, свойства поглощения ЭМВ и соответствующее поглощение ЭМВ. механизмы. Наконец, представлены перспективы на будущее и наши точки зрения на эту тему исследования. Мы надеемся, что наша работа может способствовать развитию керамики на основе кремнезема в области поглощения ЭМВ для достижения более значительных прорывов. ……………… Резюме и перспективы В этом обзоре мы обобщили недавний процесс в принципах проектирования и стратегиях керамики на основе кремнезема в отношении поглощения ЭМВ с точки зрения структуры и дизайна компонентов, а также представили механизм межфазной поляризации, дипольной поляризации, потери проводимости, вихревых токов. потери тока, естественный резонанс и многократное отражение/рассеяние для различных поглотителей ЭМВ. Регулируя тип элемента, соотношение и структуру второго/третьего компонента (диэлектрического материала) в керамике на основе кремнезема (SiO2, SiOC, SiC, SiCN, Si3N4), можно добиться термической стабильности, а также стойкости к окислению композита могут быть улучшены, а рабочий диапазон может быть расширен, особенно в высокотемпературных средах. Кроме того, диэлектрический компонент может регулировать диэлектрические свойства и диэлектрические потери для получения хорошего согласования импеданса с магнитными потерями, обеспечивая значительные потери на отражение. В дополнение к дизайну компонентов в керамике на основе диоксида кремния, структурный дизайн, такой как создание новых наноструктур (например, пористых, полых, сердцевина-оболочка, многослойных и иерархических), чтобы наделить их возможностями рассеяния и многократного отражения и улучшить путь передачи электромагнитные волны также могут улучшить свойства поглощения ЭМВ керамики на основе кремнезема. Кроме того, создание многослойной керамики на основе диоксида кремния может дать более поразительные результаты, поскольку потенциально может привести к поляризации заряда и межфазной поляризации с соответствующей релаксацией и улучшить общие свойства поглощения ЭМВ. Путем изучения влияния различных условий на компонент и структуру керамики на основе кремнезема были выявлены магнитные и диэлектрические потери в идеальных условиях реакции, что привело к глубокому пониманию механизма поглощения ЭМВ. Полностью раскрыть эти принципы и механизмы проектирования и дать исследователям подсказки для создания высокоэффективных поглотителей ЭМВ на основе керамики на основе кремнезема. Несмотря на значительные достижения в разработке высокоэффективных поглотителей ЭМВ из керамики на основе диоксида кремния, все еще остается много основных открытых вопросов и препятствий, которые необходимо преодолеть в следующих аспектах. (1) В практическом применении плотность, толщина и стоимость поглотителей EMW являются важными показателями, позволяющими судить о возможности применения поглотителей [301–304]. Однако структура керамических материалов плотная и имеет большой вес. В настоящее время многие керамики на основе диоксида кремния перерабатываются в наноструктуры (нанокристаллы, наносферы, нановолокна, нанопроволоки, нанотрубки, нанолисты, 3D-пены) для увеличения удельной поверхности и пути передачи электромагнитных волн [305–311], тем самым обеспечивая легкий вес. и высокие характеристики потерь на отражение. Между тем, высокая температура спекания и длительное время спекания керамических материалов делают подготовку очень высокой. В последнее время некоторые методы быстрого нагрева (жидкофазное спекание, спекание с быстрым обжигом) и современные методы спекания (технология спекания в полевых условиях, спекание под давлением, спекание с регулируемой температурой) получили дальнейшее развитие, чтобы способствовать уплотнению роста зерен [78–82]. Следовательно, температура и время спекания могут быть значительно снижены, так что потребление энергии будет относительно низким. Это может быть эффективным способом быстрого создания обновленных промышленных поглотителей ЭМВ. (2) Исследование теоретических моделей керамики на основе кремнезема необходимо для выявления взаимосвязи между структурой и характеристиками. Несмотря на то, что исследования механизма поглощения ЭМВ в некоторых моделях керамики на основе кремнезема были очень зрелыми, для разработки эффективных стратегий для поддерживать оптимальное состояние поглощения ЭМВ. Например, в постоянно меняющейся температурной среде структура керамических материалов также может меняться, а также меняться характеристики поглощения ЭМВ, но в этом отношении по-прежнему не хватает методов тестирования на месте. Кроме того, точная настройка структуры и состава, а также реакционной системы (температура, время, значение pH, атмосфера) являются критическими факторами для точного достижения высокоэффективных характеристик поглощения ЭМВ. Наконец, необходимо изучить инструментальную (специальная камера in-situ, высокое временное разрешение для быстрого тестирования) и экспериментальную часть оперативного исследования с помощью методов FTIR, Raman, XRD или XAFS. (3) Еще одна проблема, связанная с керамическим поглотителем ЭМВ на основе кремнезема, возникает при исследовании механизма, которое не является исчерпывающим. Несмотря на то, что многослойные или иерархические наноструктуры керамики на основе кремнезема или их комбинации с диэлектрическими материалами продемонстрировали благоприятное воздействие на создание множественных отражений и улучшение согласования импедансов [314–317], внутренние механизмы остаются неясными. Каково идеальное число слоев или диапазон размеров пор керамики на основе кремнезема для поглощения ЭМВ? Как это влияет на многократное отражение и рассеяние? Различные теоретические расчеты (такие как DFT, Ansys) и эксперименты (такие как in-situ FTIR, Raman, TEM) используются для определения активных центров в катализе [318–322]. Эти передовые методы также должны быть точно применены к области поглощения ЭМВ для дальнейшего определения механизма поглощения ЭМВ. (4) Наконец, как упоминалось выше, разработанные поглотители EMW должны соответствовать таким характеристикам, как малый вес (малая толщина), широкая эффективная ширина поглощения и высокие потери на отражение. Можно ожидать, что конструкция сверхтонкой толщины (10 ГГц, RL Резюме новых выводов Тем не менее исчерпывающая информация о керамических материалах на основе кремния и материалах, поглощающих электромагнитные микроволны (ЭМВ), недостаточна, хотя в этой области достигнут значительный прогресс. В этом обзоре мы обобщили недавний процесс в принципах проектирования и стратегиях керамики на основе кремнезема в отношении поглощения ЭМВ с точки зрения структуры и дизайна компонентов, а также представили механизм межфазной поляризации, дипольной поляризации, потери проводимости, вихревых токов. потери тока, естественный резонанс и многократное отражение/рассеяние для различных поглотителей ЭМВ. Регулируя тип элемента, соотношение и структуру второго/третьего компонента (диэлектрического материала) в керамике на основе кремнезема (SiO2, SiOC, SiC, SiCN, Si3N4), термическую стабильность, а также стойкость к окислению композита, могут быть улучшены, а рабочий диапазон может быть расширен, особенно в высокотемпературных средах. Кроме того, диэлектрический компонент может регулировать диэлектрические свойства и диэлектрические потери для получения хорошего согласования импеданса с магнитными потерями, обеспечивая значительные потери на отражение. В дополнение к дизайну компонентов в керамике на основе диоксида кремния, структурный дизайн, такой как создание новых наноструктур (например, пористых, полых, сердцевина-оболочка, многослойных и иерархических), чтобы наделить их возможностями рассеяния и многократного отражения и улучшить путь передачи электромагнитные волны также могут улучшить свойства поглощения ЭМВ керамики на основе кремнезема. Кроме того, создание многослойной керамики на основе кремнезема может привести к большему количеству поразительные результаты, потому что это потенциально может привести к поляризации заряда и межфазной поляризации с соответствующей релаксацией и улучшить общие свойства поглощения ЭМВ. Путем изучения влияния различных условий на компонент и структуру керамики на основе кремнезема были выявлены магнитные и диэлектрические потери в идеальных условиях реакции, что привело к глубокому пониманию механизма поглощения ЭМВ. Полностью раскрыть эти принципы и механизмы проектирования и дать исследователям подсказки для создания высокоэффективных поглотителей ЭМВ на основе керамики на основе кремнезема.

2021

Керамика Li3Mg2Nb0,96(MxW1-x)0,04O6 (M = Li+, Mg2+, Al3+, Ti4+) была приготовлена методом твердофазной реакции. Характеристики спекания, микроструктура, фазовый состав и микроволновые диэлектрические свойства керамики Li3Mg2NbO6 с эквивалентным замещением ((Li1/5W4/5)5+, (Mg1/4W3/4)5+, (Al1/3W2/3)5+ и (Ti1/2W1/2)5+) в Nb-сайте были исследованы в первую очередь. После спекания при 1150 С в течение 4 ч все образцы были однофазными ортогональной структуры. Из-за разной поляризуемости замещенных ионов изменялась диэлектрическая проницаемость. Замена (MxW1-x)5+ в керамике Li3Mg2Nb0,96(MxW1-x)0,04O6 значительно снизила диэлектрические потери. Коэффициент качества показал аналогичную тенденцию со средней валентностью связи. Кроме того, исследование показало, что замена композитных ионов на основе W оказывает небольшое влияние на значения tf керамики Li3Mg2NbO6. Введение В последние годы значительный интерес вызывают недорогие СВЧ-диэлектрики с высокими показателями качества. Диэлектрические материалы СВЧ должны иметь низкую диэлектрическую проницаемость (εr), высокую добротность (Qf) и близкий к нулю температурный коэффициент резонансной частоты (tf) для уменьшения задержки передачи сигнала и сохранения качества сигнала [1-6]. Однако многие типы СВЧ-диэлектрической керамики имеют низкие значения Q f. Поэтому улучшение свойств СВЧ-диэлектрической керамики по-прежнему остается основной исследовательской задачей [7–11]. В последнее время большое внимание уделяется соединениям на основе лития [12-16] благодаря их превосходным свойствам, таким как Li3Mg2XO6 (X = Nb, Ta, Sb), Li2O-MgO-BO2 (B = Ti, Sn, Zr), Li2M2A3O12 (M = Zn, Ca; A = W, Mo) и Li4Ti5O12. Частичная замена ионов Mg2+ или ионов Nb5+ в керамике Li3Mg2NbO6 некоторыми катионами (Ni2+, Ca2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Sb5+, Ta5+, V5+) значительно улучшила свойства керамики Li3Mg2NbO6 [17–23]. В работе [24] с помощью теории химической связи исследована взаимосвязь между структурой решетки и свойствами керамики Li3Mg2NbO6. Кроме того, Ван и Чжан и соавт. [25-27] значительно улучшили добротность керамики Li3Mg2NbO6, заменив Nb5+ с ионами Ti4+, W6+ и Mo6+. Выводы Новая керамика Li3Mg2Nb0,96(MxW1-x)0,04O6 (M = Li+, Mg2+, Al3+, Ti4+) была получена методом твердофазной реакции. Результаты рентгенофазового анализа показали, что в пределах диапазона легирования все образцы представляли собой чистые фазовые твердые растворы. СВЧ-диэлектрические свойства в основном зависели от структуры решетки образцов. Исследование показало, что наблюдаемая диэлектрическая проницаемость полностью соответствовала теоретической диэлектрической проницаемости, что указывает на то, что диэлектрическая проницаемость в основном зависит от поляризуемости ионов. Основываясь на результатах расчетов теории комплексной химической связи, тенденция изменения значений Q f соответствовала средней валентности связи. Высокое значение Q f, полученное с помощью LMNTW, было связано с его более высокой средней валентностью связи. Тенденция изменения значений tf противоположна среднему кислородному октаэдрическому искажению.

2021

Модифицированная Ti4+ керамика MgZrNb2O8 (MgZr1-xTixNb2O8, x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4) была синтезирована традиционным методом твердофазной реакции. Чистый MgZr1-xTixNb2O8 был обнаружен без какой-либо вторичной фазы с помощью рентгенограмм. Согласно результатам спекания и морфологии поверхности, введение Ti4+ снижает температуру спекания и способствует росту зерна. Корреляции между диэлектрическими свойствами и кристаллической структурой были проанализированы с помощью уточнения Ритвельда и рамановской спектроскопии. Незначительные сдвиги пиков комбинационного рассеяния, соответствующие различным режимам вибрации, были вызваны заменой Zr4+ на Ti4+ и связаны с улучшенным коэффициентом качества. В целом образец MgZr0,9Ti0,1Nb2O8, спеченный при 1320 °C в течение 4 ч, продемонстрировал многообещающие микроволновые диэлектрические свойства со сверхвысоким значением Q × f 130,123 ГГц (при 7,308 ГГц, 20 °C), что потенциально коммуникационные приложения 5G. Введение Микроволновый диэлектрический керамический материал, как одно из незаменимых решений для изготовления резонаторов и фильтров, обычно применяется для высокочастотных цепей (300 МГц ~ 300 ГГц) с наступлением эпохи 5G [1, 2]. При дальнейшем ограниченном продвижении миниатюризации, интеграции и более высокой рабочей частоты СВЧ-диэлектрическая керамика должна обладать следующими характеристиками: более высокая диэлектрическая проницаемость, меньшие диэлектрические потери и близкие к нулю температурные коэффициенты резонансной частоты [3-5]. Керамическая система MgZrNb2O8, как один из перспективных материалов для резонаторов и микроволновых диэлектрических фильтров, была впервые синтезирована Ramarao et al. методом твердотельной реакции с полученными превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами: εr = 16,7, Q × f = 58 500 ГГц, τf = -49,8 ppm/°C [6]. Пан и др. сообщили, что керамика MgZrNb2O8 со структурой вольфрамита, впервые полученная простым и эффективным методом реакционного спекания, продемонстрировала многообещающие микроволновые диэлектрические свойства: εr = 26,54, Q × f = 57,477 ГГц и τf = -17,69 ppm/°C [2]. 7]. Сяо и др. обнаружили, что добротность была заметно увеличена до 74 534,4 ГГц за счет замены Mg2+ на Ni2+ [8]. Кроме того, Сяо и соавт. улучшили микроволновые диэлектрические характеристики в керамике MgZrNb2O8 с соответствующим количеством Ge4+/Sn4+ замещения Zr4+ [9, 10]. Исследования керамики AZrNb2O8 (A = Mn, Mg, Zn, Co) показали, что системы MgZrNb2O8 и ZnZrNb2O8 обладают сходной кристаллической структурой [6]. Также сообщалось, что кристаллическая структура ZnZrNb2O8 была адаптирована путем модификации TiO2 вместе с регулируемым значением τf, которое было доведено до -2,4 ppm/°C в образце 0,3ZnZrNb2O8-0,7TiO2 [11]. Более того, Сян и соавт. обнаружили, что диэлектрические свойства были значительно улучшены заменой Zr4+ на Ti4+: εr = 29,75, Q × f = 107 303 ГГц и τf = -24,41 ppm/°C [12]. Хуанг и др. сообщили о положительном влиянии замены Zr на микроструктуру и микроволновые диэлектрические свойства керамики Zn(Ti1-xZrx)Nb2O8 [13]. На основе предыдущих отчетов была приготовлена и систематически изучена керамика MgZr1-xTixNb2O8 (x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4) с целью улучшения диэлектрических характеристик микроволнового излучения при одновременной иллюстрации корреляции между диэлектрическими свойствами и кристаллической структурой. Замена Zr4+ на Ti4+ эффективно снижает оптимальную температуру спекания и значительно улучшает значение Q × f (максимальное значение Q × f составляет 130 123 ГГц для x = 0,1). ……………… Вывод В данной работе чистая керамика MgZr1-xTixNb2O8 (x = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4) была синтезирована по традиционному твердофазному реакционному пути. Замена Zr4+ на Ti4+ снизила температуру спекания, улучшила относительную плотность и уменьшила диэлектрические потери. Соответствующее количество Ti4+, заменяющее Zr4+, может значительно улучшить значение Q × f. Величина εr имела положительную корреляцию с величиной αD/Vm, тогда как величина τf была тесно связана с валентностью связи. Как правило, образец керамики MgZr Accepted Article 0.9Ti0.1Nb2O8 показал многообещающие результаты. СВЧ-диэлектрические свойства после спекания при 1320 °C в течение 4 ч: εr = 25,72, Q × f = 130,123 ГГц (частота измерения 7,308 ГГц, диэлектрические потери 5,62E-5, температура измерения 20 °C), τf = -46,60 ppm/°C, что было многообещающе для приложений микроволновой связи 5G.

2021

В этой работе представлен метод спекания, называемый двухэтапным процессом спекания с помощью холодного спекания (CSP-TS), для получения рутиловой керамики TiO2 с субмикронными размерами зерен. Процесс холодного спекания при 300 °C с использованием тетрабутилтитаната и воды в качестве жидкой фазы дает «сырое тело» с относительно высокой плотностью ~80% и, наконец, плотную (98,5-99,8%) рутиловую керамику TiO2 с размером зерна ~600. нм можно получить в процессе второго спекания при 950-1000 °С. Микроструктурный анализ с помощью СЭМ и ПЭМ свидетельствует о том, что в образцах ХСП-ТС, спеченных при 950 °С, наблюдается явный феномен рекристаллизации, сопровождающийся уменьшением аморфных фаз и образованием четких границ зерен. Кроме того, рутиловая керамика TiO2, полученная CSP-TS, обладает превосходными микроволновыми диэлектрическими свойствами с относительной диэлектрической проницаемостью 92,0–98,4 и значениями Q×f 27 800–31 900 ГГц. Следовательно, возможно использовать CSP-TS для получения керамики с небольшим размером зерна при низких температурах спекания. Введение Диоксид титана (TiO2) является одним из наиболее широко используемых неорганических материалов в большом количестве приложений, таких как пигменты, косметика, электроника, фотокатализаторы, солнечные батареи и т. д. Он имеет три различные кристаллические фазы, включая анатаз, брукит и рутил, и фаза анатаза и брукита может необратимо переходить в фазу рутила в интервале температур 700-920 °С [1] Среди этих трех фаз фаза рутила представляет собой широкозонный полупроводник с превосходными диэлектрическими свойствами (высокая диэлектрическая проницаемость и низкие диэлектрические потери), что делает его многообещающим в различных электронных устройствах, таких как высокоэнергетические керамические конденсаторы и варисторы [2, 3] Кроме того, благодаря хорошим микроволновым диэлектрическим свойствам, керамика TiO2 также широко применяется в технологии низкотемпературного совместного обжига керамики (LTCC) и функции в микроволновых пассивных компонентах, таких как микроволновые фильтры и резонаторы [4-8]. Используя традиционный процесс термического спекания, рутиловый TiO2 можно хорошо уплотнить при высокой температуре 1400-1500 °C [9-11] Однако будут образовываться кислородные вакансии, при этом часть Ti4+ восстанавливается до Ti3+ во время процесса спекания на воздухе или при низком парциальном давлении кислорода, как указано в работе Pullar et al. сообщил [10] Из-за кислородных вакансий рутиловая керамика TiO2, спеченная при 1500 °C с высокой плотностью более 98%, имеет очень низкое значение Q×f 6000 ГГц. [10] Спекание в атмосфере кислорода или использование примесей, таких как Fe, Cr, Al, Cu и Zn, может решить проблему дефицита кислорода в плотном рутиловом TiO2. [11] С развитием методов спекания для изучения керамики TiO2 были предложены новые процессы спекания, такие как микроволновое спекание, искровое плазменное спекание (SPS), горячее прессование и мгновенное спекание [12-16] При этом Marinel et al. сообщили, что плотная керамика TiO2 может быть получена с помощью микроволнового спекания, что может снизить температуру спекания на 150-175 °C по сравнению с традиционным термическим спеканием [12] Керамика TiO2, полученная с помощью микроволнового спекания при 1210 °C, имеет наилучшие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне и показывает значение Q×f 30 800 ГГц, что сравнимо со значением традиционных образцов, подвергнутых термическому спеканию при 1300 °C (31 110 ГГц) [12] Нох и др. использовали процесс искрового плазменного спекания в атмосфере кислорода и получили керамику TiO2 с относительной плотностью 99,1% при 760 °C. [13] Диэлектрическая проницаемость TiO2, полученного с помощью SPS, может достигать 112,6, а значение Q×f составляет всего 26 000 ГГц [13] Процесс холодного спекания (CSP) — это недавно разработанный метод уплотнения керамики и композиций на ее основе [17-20] Уплотнение материалов осуществляется за счет неравновесного процесса растворения-осаждения в нестационарных растворителях при определенном давлении [18, 21] При холодном спекании многие керамические материалы с высокой температурой плавления можно спекать при сверхнизких температурах (< 350 °C) [17, 19, 22, 23]. В последнее время сообщалось о некоторых СВЧ-диэлектрических керамиках, уплотненных методом CSP при очень низкой температуре (от КТ до 300 °C), большинство из которых состоит из некоторых водорастворимых материалов [17, 24-28]. Однако TiO2 как нерастворимый материал в воде и других распространенных полярных/неполярных растворителях с трудом поддается получению методом CSP. [29] Медри и др. получили нано-макропористый анатаз TiO2 с относительной плотностью 73% после ХСП при 150 °С и постотжига при 500 °С. [29] Они также пытались использовать CSP для спекания порошков анатаза с 20% рутила, но относительная плотность составляет всего 62%. [29] Совсем недавно Falk et al. получили нанозернистые компакты TiO2-Nb2O5 с относительной плотностью выше 91% после ХСП при 200 °C, при этом фаза TiO2 по данным рентгенофазового анализа все еще является анатазом. [30] Насколько нам известно, несмотря на то, что существует ряд исследований, включающих методы низкотемпературного спекания для изготовления рутилового TiO2, не было опубликовано ни одной работы по успешному уплотнению рутилового TiO2 с помощью метода спекания на основе CSP. В этой работе был использован двухстадийный процесс холодного спекания (CSP-TS). готовят рутил TiO2, где после холодного спекания при 300 °С использовали термическое спекание в диапазоне температур 900-1000 °С. Целью CSP является приготовление относительно плотных «сырых тел» (~80%), чтобы можно было получить высокоплотную рутиловую керамику TiO2 (>98%) при температуре, значительно более низкой, чем при традиционном термическом спекании. Еще одним преимуществом CSP является то, что рост зерен можно контролировать при гораздо более низких температурах, что позволяет получать рутиловую керамику TiO2 с небольшим размером зерна (нано или субмикрон) с помощью метода CSP-TS. [31] Для увеличения плотности рутиловой керамики TiO2 при ХСП в качестве жидкой фазы была выбрана смесь тетрабутилтитаната (Ti(OC4H9)4) и деионизированной воды. Известно, что тетрабутилтитанат обычно используют в качестве одного из прекурсоров диоксида титана при гидротермальном синтезе нанокристаллитов TiO2 [32-35] Он также используется для изготовления пленок TiO2 методом золь-гель. Тетрабутилтитанат может быстро гидролизоваться, и процесс гидролиза описывается следующим уравнением: (1) Где x находится в диапазоне от 1 до 4. Конечным продуктом является Ti(OH)4, который при определенной температуре может разлагаться на аморфные или кристаллические частицы TiO2. Чтобы сравнить этот процесс спекания с другими, также был изучен TiO2, спеченный при той же температуре, но с традиционным процессом термического спекания. Микроструктура, плотность, а также микроволновые диэлектрические свойства были исследованы, чтобы охарактеризовать рутиловый TiO2, полученный в этом исследовании. ………… Вывод Таким образом, в этой работе представлен усовершенствованный метод спекания, основанный на процессе холодного спекания для снижения температуры спекания рутилового TiO2, который называется двухэтапным спеканием с холодным спеканием. Относительная плотность ~ 80% может быть получена на первом этапе спекания (CSP при 300 ° C) с использованием тетрабутилтитаната в качестве жидкой фазы. После второго этапа спекания при 950-1000 °С в печи рутиловая керамика TiO2 с субмикронным размером зерен (~600 нм) может быть полностью уплотнена с относительными плотностями 98,5-99,8%. Для образцов CSP и CSP-TS не наблюдается примесных фаз, и все пики XRD можно отнести к структуре рутила TiO2. Результаты СЭМ и ТЭМ показывают, что рекристаллизация и дальнейшее уплотнение происходят на втором этапе спекания. Между тем, рутил TiO2 керамика, полученная методом CSP-TS при 950–1000 °C, демонстрирует хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне с относительной диэлектрической проницаемостью 92,0–98,4 и значениями Q×f 27 800–31 900 ГГц. Напротив, традиционное термическое спекание не может одновременно обеспечить как уплотнение при низкой температуре, так и хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне. Таким образом, двухэтапное спекание с холодным спеканием является многообещающим способом получения рутиловой керамики на основе TiO2, применяемой в микроволновых устройствах LTCC. Кроме того, также возможно получить и исследовать другую плотную керамику с нано- или субмикронным размером зерна с использованием метода CSP-TS.

2021

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.

2021

Новая керамика La2MgGeO6 была синтезирована в твердофазном реакционном процессе в диапазоне температур спекания 1450–1550 ◦C. С помощью комбинации рентгеновской дифракции и уточнения Ритвельда было обнаружено, что керамика имеет чистую гексагональную фазовую структуру, принадлежащую пространственной группе R3/146. Изображения сканирующей электронной микроскопии показали, что керамические зерна были тесно связаны. Исследовано также влияние внутренних (энергия решетки, валентная связь, упаковка фракций) и внешних факторов (плотность) на микроволновые свойства керамики. Керамика продемонстрировала отличные диэлектрические характеристики в микроволновом диапазоне с относительной диэлектрической проницаемостью (Ɛr) 21,2, добротностью (Q × f) 52 360 ГГц и температурным коэффициентом резонансной частоты (τf) −44,2 ppm/°C при спекание при 1500 ◦C в течение 4 часов. Величину τf керамики La2MgGeO6, легированной CaTiO3, можно было довести до нуля. В частности, керамика 0,2La2MgGeO6-0,8CaTiO3 обладает хорошими микроволновыми диэлектрическими свойствами с τf = +2,1 ppm/°C, Q × f = 15 610 ГГц и Ɛr = 40,3. Введение СВЧ-диэлектрическая керамика использовалась в качестве ключевых информационных материалов в различных областях, таких как резонаторы, фильтры и генераторы [1–3]. В коммерческих целях керамика должна удовлетворять трем основным условиям, чтобы считаться микроволновым диэлектрическим материалом. (1) Соответствующая относительная диэлектрическая проницаемость, которая непосредственно влияет на скорость передачи сигнала и определяется по формуле: td = √εr lc/c, где td, Ɛr, lc и c — время задержки сигнала, относительная диэлектрическая проницаемость, расстояние передачи и скорость света соответственно [4,5]. Высокая диэлектрическая проницаемость способствует миниатюризации устройств (λ = λ0 √εr , где λ и λ0 — длины волн электромагнитной волны в диэлектрическом материале и свободном пространстве соответственно) [6,7]. (2) Высокие значения коэффициента качества (Q × f), обеспечивающие частотную избирательность и улучшение отношения сигнал/шум. (3) Значения (~0) резонансной частоты (τf) должны сохранять стабильность в определенном диапазоне температур [8–11]. Многие керамики, в том числе Ba(Mg1/3Ta2/3)O3, MgTiO3–CaTiO3 и (Ca, Sm)(Al, Ti)O4, демонстрируют хорошие диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне, что указывает на коммерческую применимость этих материалов [12]. Микроволновая диэлектрическая керамика на основе редкоземельных элементов обладает превосходными свойствами и, таким образом, привлекает значительное внимание исследователей из самых разных областей. Керамика SmAlO3 показала выдающиеся микроволновые диэлектрические свойства: Ɛr ~20,4 и Q×f ~65 000 ГГц [13]. Керамика SmNbO4 показала превосходные диэлектрические свойства в микроволновом диапазоне: Ɛr 18,8 и Q × f 56–300 ГГц [14]. Сообщается, что керамика Ln (Mg1/2Ti1/2)O3 (Ln = Dy, La, Nd, Pr, Sm и Y) с перовскитоподобной структурой используется в качестве подложки для тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника. Среди этих керамик на основе лантаноидов керамика La(Mg1/2Ti1/2)O3 продемонстрировала замечательные микроволновые диэлектрические характеристики: Ɛr ≈ 29, Q ≈ 7550 и τf ≈ −65 м.д./°C [15]. Однако в семействе La2MgM4+O6 керамика La2MgGeO6 не учитывалась. Атомы Ti и Ge имеют одинаковые радиусы, так что Ti легко заменяется Ge. В данном исследовании керамика La2MgGeO6 была синтезирована с использованием твердофазного реакционного процесса. Керамика оказалась конструктивно аналогично керамическому семейству Ln (Mg1/2Ti1/2)O3. Также обсуждалось влияние энергии решетки, доли упаковки, валентной связи, температуры спекания и объемной плотности на характеристики образца керамики. Затем была получена керамика на основе La2MgGeO6 с близким к нулю значением τf добавлением CaTiO3. …………… Вывод Керамика La2MgGeO6 была приготовлена с помощью традиционного твердофазного реакционного процесса. Рентгенофазовый анализ и уточнение Ритвельда образца керамики выявили однофазную гексагональную структуру. После спекания при 1500 ◦C керамика имеет плотные соединения и однородный размер зерна. Ɛr зависел от плотности и поляризуемости каждого иона, значения Q × f зависели от энергии решетки и доли упаковки, а τf отрицательно коррелировало с валентностью связи Mgsite в керамике La2MgGeO6. В керамику La2MgGeO6 добавляли CaTiO3, и значение τf (+2,1) керамики 0,8CaTiO3-0,2La2MgGeO6 было близко к нулю.