微波调谐BST铁电复合材料的研究

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钛酸锶钡(BST)是钙钛矿结构的铁电材料。其良好的介电和铁电性能,如高的介电常数,低介电损耗和高介电性能的可调谐性,已被广泛应用于微波移相器、可调谐滤波器和压控振荡器等微波调谐器件。然而,纯BST铁电陶瓷本身的高介电常数阻碍了其在很多领域的应用。因此,必须在降低钛酸锶钡的介电常数和介电损耗的同时保持较高的调谐率。与低介电常数和损耗的线性介质形成铁电-介电复合材料可以有效的减小材料的介电常数和介电损耗。本论文利用传统的固相烧结工艺制备了Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg3B2O6复合陶瓷和Ba0.45Sr0.55TiO3/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷,研究了两者的调谐率及介电性能。结果表明,Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg3B2O6和Ba0.45Sr0.55TiO3/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷由立方相的BST、立方相的MgO、正交相的Mg3B2O6或尖晶石结构的Mg2TiO4组成,没有检测到其他杂相。在Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg3B2O6复合陶瓷中,固定Ba0.5Sr0.5TiO3含量不变,随着MgO含量的增加,复合陶瓷的调谐率和Q f值同时增加。Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg3B2O6复合陶瓷的调谐率随着MgO含量的增加从5.9%增加到了8%,其Q f值则从399GHz增加到了554GHz。这有利于在微波调谐方面的应用。在Ba0.45Sr0.55TiO3/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷中,随着Mg2TiO4含量的增加,复合陶瓷的介电常数及调谐率都增加,介电损耗则在0.00035到0.0007之间变化。研究了WO3及La2O3掺杂对BST/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷介电性能的影响。在Ba0.45Sr0.55TiO3/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷中,随着Mg2TiO4含量的增加及MgO含量的降低,复合陶瓷介电常数增加,调谐率增加。 WO3和La2O3掺杂可以降低BST/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷的介电常数,但其介电损耗增加,调谐率降低。采用以LGD理论为基础,结合极性纳米区取向极化的多重极化模型可以很好的描述偏置电场下复合陶瓷的介电常数的变化。结果表明,上述模型对介电常数与偏置电场的变化分析可能是一种区分BST及相关材料中本征及非本征介电响应的有效方法。
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