1 华中科技大学, 电子信息功能材料教育部重点实验室(B类), 武汉 430074
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
3 华中科技大学温州先进制造技术研究院, 浙江 温州 325035
为获得低介电损耗、高耐压强度的Al2O3基低温共烧陶瓷(LTCC)材料, 采用固相法制备了x(6La2O3·24CaO·50B2O3·20SiO2)(LCBS)+(1-x)Al2O3玻璃/陶瓷。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、矢量网络分析仪、高压击穿试验仪、高温介电温谱仪对烧结样品的结构和性能进行了表征。结果表明: 添加适量的LCBS玻璃粉有助于提升材料的致密性、降低介电损耗、提高击穿场强。同时, 复阻抗谱分析表明, LCBS玻璃的加入可以显著提高玻璃/陶瓷的电阻率和活化能。当玻璃含量(摩尔分数)为44%时, 850 ℃烧结0.5 h, 可获得性能优异的LTCC陶瓷材料G44: εr=7.14, Q×f =5 769 GHz (f =13 GHz), Eb=57.44 kV/mm。
玻璃/陶瓷 低温烧结 介电性能 击穿场强 glass/ceramics low-temperature sintering microwave dielectric properties breakdown strength
1 桂林理工大学材料科学与工程学院，有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，广西光电材料与器件重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林理工大学理学院，广西 桂林 541004
1 华中科技大学, 温州先进制造技术研究院, 浙江 温州 325035
2 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074
微波介质陶瓷是制造5G通信元件的关键材料, 采用传统的固相反应法制备BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)微波介质陶瓷, 研究Ge4+取代Si4+对BaSnSi3O9陶瓷烧结行为、晶体结构和微波介电性能的影响。结果表明: BaSnSi3O9陶瓷在最佳的 1 450 ℃烧结温度下表现出多孔的微观结构, 并呈现较差的微波介电性能(介电常数εr=6.61, 品质因数Q×f=7 977 GHz (谐振频率为15.03 GHz), τf=-37.8×10-6/℃)。通过Ge4+对Si4+的取代能形成BaSn(Si1-xGex)3O9固溶体, 其晶体结构为六方结构和P-6c2空间群。采用Ge4+对Si4+的取代促进了BaSn(Si1-xGex)3O9 (0≤x≤1.0)陶瓷的烧结, 改变了晶体结构参数实现对陶瓷微波介电性能的优化。BaSn(Si1-xGex)3O9(0≤x≤1.0)陶瓷的Q×f值主要与Si/Ge-O和Sn-O键中共价键的比例有关, 在x=1.0时BaSn(Si1-xGex)3O9陶瓷具有最优的微波介电性能: εr=8.53, Q×f=15 829 GHz (谐振频率为14.41 GHz), τf =-34.2×10-6 ℃-1。
陶瓷 烧结行为 晶体结构参数 微波介电性能 ceramics sintering behavior crystal structural parameter microwave dielectric properties
清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084
为了满足6G太赫兹频段低时延通信技术的要求, 采用冷冻干燥法制备了具有超低介电常数的定向通孔结构多孔氧化铝陶瓷。研究不同部位样品的结构与性能关系, 以及固相含量对微观形貌、力学性能、太赫兹光学和介电性能的影响。获得具有高气孔率(68.9%~81.0%)、高抗压强度(17.6~87.8 MPa)的多孔氧化铝陶瓷, 在1 THz下具有超低的折射率(1.38~1.63)、吸收系数(~2.5 cm-1)、介电常数(1.90~2.67)和介电损耗(~0.008)。定向通孔结构在与气孔平行的方向具有高抗压强度, 其特殊的结构在太赫兹波导和天线基板等方面有重要的潜在应用价值。
多孔氧化铝陶瓷 定向通孔 太赫兹 光学性能 介电性能 porous alumina ceramics directional pore channels terahertz optical properties dielectric properties
黄家俊 1,2,3,*李月明 1,2,3孙熠 1,2,3李恺 1,2,3王竹梅 1,2,3
1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院, 江西 景德镇333403
2 中国轻工业功能陶瓷材料重点实验室, 江西 景德镇333403
3 江西省能量存储与转换陶瓷材料工程实验室, 江西 景德镇333403
为了更好的满足无线通讯高频化的要求, 采用固相法制备了温度系数近零的(1-x)MgNb2O6-xCaTiO3(x=0, 0.02, 0.04, 0.08, 0.12, 0.16)微波介质陶瓷。研究了CaTiO3的加入量对MgNb2O6微观结构和介电性能的影响, 探究各物相的形成和烧结行为。结果表明: 适当的CaTiO3加入量能够促进MgNb2O6的烧结, 降低了烧结温度。通过X射线衍射分析, CaTiO3与MgNb2O6在高温时会反应生成CaNb2O6和Ti8O15、Ti2Nb10O29。增加CaTiO3的加入量, 会降低陶瓷的品质因数Q×f, 但同时会提高其介电常数εr和频率温度系数τf。当CaTiO3的添加量x=0.16时, 样品在1 250 ℃烧结4 h后具有最佳的微波介电性能: εr=21.6, Q×f=86 601 GHz, τf=-7.3×10-6/℃。
微波介质陶瓷 正温度系数材料 温度频率系数 微波介电性能 microwave dielectric ceramics positive temperature coefficient material temperature coefficient microwave dielectric properties
1 安徽师范大学物理与电子信息学院, 安徽 芜湖 241002
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
陶瓷材料作为在微波系统开发中的重要材料, 通常被加工成多种形状, 例如以厘米级别为尺寸的圆柱形和立方体。因此, 对此类样品进行介电常数的测量是一项具有挑战性的工作。针对该难点, 研制了1种基于互补开口环谐振器的双波段介电传感器, 并提出了一种表征不同形状和尺寸样品的介电测量方法。该传感器有2个工作频段, 2个频段均为无线通信频带。在每个频段范围内, 进行了数值模拟并建立了每个样本的拟合模型, 对传感器进行加工并实际测量以验证数值模型和测量精度, 对比参考值, 测量精度高达3.5%。结果表明: 提出的传感器及测量方法能够针对不同形状和尺寸的合成陶瓷进行精确的介电测量, 表明该传感器具有良好的样品自适应性。该传感器的新颖之处在于它能够在不改变传感器和被测物结构的情况下测量厘米级别的各种样品的介电常数。此外, 双频测量也是该传感器的优势, 2个频段之间的差异小于5%。
微波陶瓷 介电常数 双频带 谐振频率 互补开口环谐振器 microwave ceramics dielectric constant dual band resonate frequency complementary split ring resonator
清华大学材料学院, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084
太赫兹(THz)技术因其在高速无线通信、无损成像、光谱检测等领域的应用价值而备受关注, 然而能高效调制太赫兹波的材料仍亟需开发。由周期性亚波长结构组成的超材料可精确地调控电磁波的振幅、相位和偏振, 为设计超紧凑和高性能太赫兹器件提供了新的机遇。太赫兹超材料可通过改变谐振模态进而调控太赫兹波, 但米氏共振等常用模态由于较低的谐振强度导致调控效率有限。Fano谐振具有更强的谐振强度, 且对外界介电环境十分敏感, 可极大提高太赫兹波的调控效率和灵敏度。基于泵浦光激发高阻硅中非平衡载流子的机制, 设计并实验验证了一种高效光调控的全介质太赫兹Fano超材料。结果表明: 通过近红外激光泵浦控制高阻硅的电导率, 可以实现Fano谐振强度的有效调控, 调制率可达到87%, 比同一结构上Mie式电偶极谐振的调制效率提高了70%, 实现了对太赫兹波的高效调控。制备方法简单、调制效果明显, 可通过改变超材料样品尺寸灵活设计工作频段, 为太赫兹波段的高性能调控器件提供了一种可行的设计思路和方法。
太赫兹 光调控 全介质 Fano超材料 terahertz optical modulation all-dielectric Fano metamaterials
