Mikrovågs dielektrisk keramik är hörnstenen i trådlösa kommunikationsenheter, flitigt använda i mobilkommunikation, satellitradar, GPS, Bluetooth och WLAN-applikationer. Komponenter tillverkade av dessa keramiska material, såsom filter, resonatorer och dielektriska antenner, används i stor utsträckning i trådlösa kommunikationsnätverk.
När trådlösa kommunikationsfrekvenser sträcker sig till högre band, blir problem med signalfördröjning allt mer framträdande. Låga dielektriska konstanter (εr ) kan minska elektromagnetiska kopplingseffekter, vilket effektivt minimerar signalfördröjningar.
Följaktligen har utvecklingen av nya keramiska material med låga dielektriska konstanter blivit en kritisk fråga inom detta område. Dessutom är att utforska de inneboende dielektriska svarsmekanismerna hos dielektrisk keramik för att ge teoretisk vägledning för prestandaförbättring ett nyckelfokus för forskare inom detta område.
Forskargruppen ledd av professor Zidong Zhang från Shandong University har nyligen rapporterat om ett banbrytande nytt system av lättvikts, dielektrisk mikrovågskonstant och lågförlust dielektrisk keramik. Detta innovativa system har en starkt kovalent [PO4 ] tetraedriskt ramverk, innefattande LiO2 med låg smältpunkt , och sällsynta jordartsmetaller introduceras för att uppnå högkvalitativa faktorvärden (Q·f).
Baserat på LiO2 -Ln2 O3 -P2 O5 ternärt fasdiagram, LiLn(PO3 )4 (Ln =La, Sm, Eu) syntetiserades framgångsrikt vid sintringstemperaturer under 950°C, som uppvisar en låg dielektricitetskonstant (5,05–5,26), en högkvalitetsfaktor (41 607–75 968 GHz) och låg densitet (3,04). –3,26 g/cm 3 ), som visar upp exceptionell övergripande prestanda bland lågdielektriska material.
Teamet publicerade sin recension i Journal of Advanced Ceramics den 14 maj 2024.
"I detta arbete rapporterade vårt forskarteam ett lågdielektriskt system baserat på fosfater. Bygger på systematiska studier av ortofosfater (-PO4 ) och pyrofosfater (-P2 O7 ), identifierade vi ett metafosfatsystem inom de stabila regionerna i fosfatfasdiagrammet. Genom att optimera beredningsförhållandena uppnådde vi utmärkta dielektriska egenskaper.
"Dessutom, med framtida enhetstillämpningar i åtanke, designade forskargruppen en prototyp av mikrostrippatchantenn. Praktiska mätningar matchar simuleringsresultaten, vilket visar antennens utmärkta prestanda", säger professor Zhang från School of Materials Science and Engineering i Shandong Universitet. Professor Zhang fungerar också som biträdande generalsekreterare för Metamaterials Branch i Chinese Materials Research Society.
"Dessutom, i den här studien, genomförde vi första principberäkningar baserade på utvecklingen av kristallstrukturen och utförde P-V-L teoretiska beräkningar med hjälp av experimentella XRD-data. Dessa beräkningar bekräftade kemiska bindningsegenskaper och kvantifierade inverkan av kemiska bindningsparametrar på mikrovågsdielektriska prestanda, och utforska de inneboende svarsmekanismerna för dielektriska egenskaper.
"Dessutom, genom att undersöka de inneboende bidragen till mikrovågsdielektriska svar genom gittervibrationsspektroskopi, extrapolerade vi lågförlustgränsen vid mikrovågsfrekvenser. Denna analys indikerar potentialen hos denna struktur för att uppnå ännu lägre förluster", säger professor Zhang.
Forskargruppen strävar efter att denna studie ska erbjuda nya materialalternativ för RF-enheter. Dessutom kan utforskningen av lågförlustgränser och undersökningen av sambandet mellan struktur och prestanda ge teoretisk vägledning för materialmodifiering. Detta kommer att underlätta utvecklingen av millimetervågkommunikation och förbättra signalfördröjningen.
Den första författaren är Huanrong Tian från School of Materials Science and Engineering vid Shandong University. Andra bidrag inkluderar professor Yao Liu från School of Materials Science and Engineering vid Shandong University, och Xiaohan Zhang, professor Haitao Wu från School of Environmental and Material Ingenjör vid Yantai University.
