Wetenschap
Studie onderzoekt diëlektrische keramiek met lage permittiviteit voor microgolf-/millimetergolfcommunicatie
Naarmate de frequenties van draadloze communicatie zich uitbreiden naar hogere banden, worden problemen met signaalvertraging steeds prominenter. Lage diëlektrische constanten (εr ) kan de elektromagnetische koppelingseffecten verminderen, waardoor signaalvertragingen effectief worden geminimaliseerd.
Bijgevolg is de ontwikkeling van nieuwe keramische materialen met lage diëlektrische constanten een cruciaal probleem op dit gebied geworden. Bovendien is het onderzoeken van de intrinsieke diëlektrische responsmechanismen van diëlektrische keramiek om theoretische richtlijnen te bieden voor prestatieverbetering een belangrijk aandachtspunt voor onderzoekers in dit domein.
De onderzoeksgroep onder leiding van professor Zidong Zhang van de Shandong Universiteit heeft onlangs een baanbrekend nieuw systeem gerapporteerd van lichtgewicht, diëlektrische microgolfkeramiek met een lage diëlektrische constante en weinig verlies. Dit innovatieve systeem beschikt over een sterk covalente [PO4 ] tetraëdrische raamwerk, waarin LiO met een laag smeltpunt2 is opgenomen en zeldzame aardmetalen worden geïntroduceerd om hoge kwaliteitsfactorwaarden (Q·f) te bereiken.
Gebaseerd op de LiO2 -Ln2 O3 -P2 O5 ternair fasediagram, de LiLn(PO3 )4 (Ln =La, Sm, Eu)-systeem werd met succes gesynthetiseerd bij sintertemperaturen onder 950 ° C, die een lage diëlektrische constante (5,05–5,26), een hoge kwaliteitsfactor (41.607–75.968 GHz) en een lage dichtheid (3,04) vertonen. –3,26 g/cm 3 ), wat uitzonderlijke algemene prestaties laat zien bij materialen met een laag diëlektrische vermogen.
Het team publiceerde hun recensie in het Journal of Advanced Ceramics op 14 mei 2024.
"In dit werk rapporteerde ons onderzoeksteam een laag-diëlektrisch systeem op basis van fosfaten. Voortbouwend op systematische studies van orthofosfaten (-PO4 ) en pyrofosfaten (-P2 O7 ), identificeerden we een metafosfaatsysteem binnen de stabiele gebieden van het fosfaatfasediagram. Door de bereidingsomstandigheden te optimaliseren, hebben we uitstekende diëlektrische eigenschappen bereikt.
"Bovendien ontwierp het onderzoeksteam, met het oog op toekomstige apparaattoepassingen, een prototype van een microstrip-patchantenne. Praktische metingen komen nauw overeen met de simulatieresultaten, wat de uitstekende prestaties van de antenne aantoont", zegt professor Zhang van de School of Materials Science and Engineering in Shandong. Universiteit. Professor Zhang is tevens plaatsvervangend secretaris-generaal van de afdeling Metamaterialen van de Chinese Materials Research Society.
"Bovendien hebben we in deze studie eerste-principesberekeningen uitgevoerd op basis van de evolutie van de kristalstructuur en PVL-theoretische berekeningen uitgevoerd met behulp van experimentele XRD-gegevens. Deze berekeningen bevestigden de chemische bindingseigenschappen, waarbij de impact van chemische bindingsparameters op de diëlektrische prestaties van microgolven werd gekwantificeerd, en het onderzoeken van de intrinsieke responsmechanismen van diëlektrische eigenschappen.
"Bovendien hebben we, door de intrinsieke bijdragen aan de diëlektrische respons van microgolven te onderzoeken via roostervibratiespectroscopie, de limiet voor laag verlies bij microgolffrequenties geëxtrapoleerd. Deze analyse geeft het potentieel aan van deze structuur om nog lagere verliezen te bereiken", zegt professor Zhang.
Het onderzoeksteam streeft ernaar dat dit onderzoek nieuwe materiaalopties voor RF-apparaten biedt. Bovendien kan het verkennen van grenzen met lage verliezen en het onderzoek naar de relatie tussen structuur en prestatie theoretische richtlijnen bieden voor materiële modificatie. Dit zal de ontwikkeling van millimetergolfcommunicatie vergemakkelijken en de signaalvertraging verbeteren.
De eerste auteur is Huanrong Tian van de School of Materials Science and Engineering van de Shandong University. Andere bijdragen zijn onder meer professor Yao Liu van de School of Materials Science and Engineering aan de Shandong University, en Xiaohan Zhang, professor Haitao Wu van de School of Environmental and Material Techniek aan de Yantai Universiteit.