Li2ATi3O8(A=Zn,Mg,Co)陶瓷微波介電性能及其器件設(shè)計.pdf

1、Li2ATi3O8(A=Zn,Mg,Co)微波介質(zhì)陶瓷具有良好的微波介電性能，較低的燒結(jié)溫度，以及與Ag電極良好的化學(xué)相容性，是一種可應(yīng)用于低溫共燒陶瓷技術(shù)的新材料體系。本文以Li2ATi3O8(A=Zn,Mg,Co)微波介質(zhì)陶瓷為研究對象，通過熱分析(DSC-DTG)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜和網(wǎng)絡(luò)分析儀等實驗手段系統(tǒng)研究了相組成、顯微組織結(jié)構(gòu)與微波介電性能之間的聯(lián)系，并對其內(nèi)在機理進行探究。
　　首先

2、用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備了Li2ATi3O8(A=Zn,Mg,Co)陶瓷，獲得了最佳燒結(jié)工藝及良好的微波介電性能，并在此基礎(chǔ)上探討了分子極化率、原子堆積密度等微觀結(jié)構(gòu)對微波介電性能的影響。Li2ZnTi3O8、Li2MgTi3O8、Li2CoTi3O8陶瓷分別經(jīng)1075℃、1050℃、1025℃燒結(jié)得到最佳致密度及微波介電性能。其中，Li2MgTi3O8陶瓷的介電常數(shù)最高，可能是由于其晶體結(jié)構(gòu)中離子位移極化較大；Li2ZnTi3O8陶瓷的Q

3、×f值最大，這是由于其具有最高的致密度及原子堆積密度；諧振頻率溫度系數(shù)則主要與主晶相成分有關(guān)，Li2MgTi3O8和Li2CoTi3O8陶瓷均具有近零的τf值，分別4.02ppm/℃、5.2ppm/℃，而Li2ZnTi3O8陶瓷為-12.4ppm/℃。
　　研究了Mg2+和Co2+取代Li2ZnTi3O8中的Zn2+對諧振頻率溫度系數(shù)的影響，并進一步探究A位離子變化引起的分子極化率、原子堆積密度、晶格振動以及鍵價等微觀結(jié)構(gòu)因素的改

4、變對微波介電性能的影響。Mg2+的進入引起了晶胞體積增大，原子堆積密度降低，A1g(1)振動模對應(yīng)的拉曼峰紅移且半峰寬逐漸增加，晶格振動能量減弱，損耗增加；而陽離子與氧離子之間的鍵價增加，諧振頻率溫度系數(shù)近零。Co2+取代Zn2+時增大了TiO6八面體傾斜，恢復(fù)傾斜所需回復(fù)力增大，分子極化能力減弱，介電常數(shù)降低；同時，Co2+進入晶格引起原子堆積密度下降，陽離子有序度降低，Q×f值降低；陽離子和氧離子之間鍵價增加，諧振頻率溫度系數(shù)逐漸近

5、零，其中Li2Co0.6Zn0.4Ti3O8的綜合微波介電性能較好：εr=25.5，Q×f=59358GHz，τf=-1.5ppm/℃。
　　采用HFSS仿真，以Li2Co0.6Zn0.4Ti3O8微波介質(zhì)陶瓷為介質(zhì)層，設(shè)計了中心頻率為2.45GHz的矩形微帶貼片天線。其中心頻率受貼片長度的影響較大，進行優(yōu)化設(shè)計后得到了滿足使用要求的回波損耗和駐波比。優(yōu)化后的天線諧振點在2.45GHz，貼片長度為10.058mm，寬為15.55m