A cerâmica dielétrica de microondas é a base dos dispositivos de comunicação sem fio, amplamente utilizada em comunicações móveis, radar de satélite, GPS, Bluetooth e aplicações WLAN. Componentes feitos desses materiais cerâmicos, como filtros, ressonadores e antenas dielétricas, são amplamente utilizados em redes de comunicação sem fio.



À medida que as frequências de comunicação sem fio se estendem para bandas mais altas, os problemas de atraso de sinal tornam-se cada vez mais proeminentes. Constantes dielétricas baixas (ε_r ) pode reduzir os efeitos do acoplamento eletromagnético, minimizando efetivamente os atrasos do sinal.

Consequentemente, o desenvolvimento de novos materiais cerâmicos com baixas constantes dielétricas tornou-se uma questão crítica neste campo. Além disso, explorar os mecanismos intrínsecos de resposta dielétrica da cerâmica dielétrica para fornecer orientação teórica para melhoria de desempenho é um foco principal para pesquisadores neste domínio.

O grupo de pesquisa liderado pelo professor Zidong Zhang, da Universidade de Shandong, relatou recentemente um novo sistema pioneiro de cerâmica dielétrica de micro-ondas leve, de baixa constante dielétrica e de baixa perda. Este sistema inovador apresenta um [PO₄ fortemente covalente ] estrutura tetraédrica, incorporando LiO de baixo ponto de fusão₂ , e elementos de terras raras são introduzidos para atingir valores de fator de alta qualidade (Q·f).

Baseado no LiO₂ -Ln₂ O₃ -P₂ O₅ diagrama de fase ternário, o LiLn(PO₃ )₄ (Ln =La, Sm, Eu) foi sintetizado com sucesso em temperaturas de sinterização abaixo de 950°C, que exibem uma baixa constante dielétrica (5,05–5,26), um fator de alta qualidade (41.607–75.968 GHz) e baixa densidade (3,04 –3,26 g/cm3 ³ ), apresentando desempenho geral excepcional entre materiais de baixo dielétrico.

A equipe publicou sua análise no Journal of Advanced Ceramics em 14 de maio de 2024.

"Neste trabalho, nossa equipe de pesquisa relatou um sistema de baixo dielétrico baseado em fosfatos. Com base em estudos sistemáticos de ortofosfatos (-PO₄ ) e pirofosfatos (-P₂ O₇ ), identificamos um sistema metafosfato dentro das regiões estáveis ​​do diagrama de fases do fosfato. Ao otimizar as condições de preparação, alcançamos excelentes propriedades dielétricas.

"Além disso, com futuras aplicações de dispositivos em mente, a equipe de pesquisa projetou um protótipo de antena microfita. As medições práticas correspondem de perto aos resultados da simulação, demonstrando o excelente desempenho da antena, "disse o professor Zhang da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais de Shandong Universidade. O professor Zhang também atua como secretário-geral adjunto da filial de metamateriais da Sociedade Chinesa de Pesquisa de Materiais.

"Além disso, neste estudo, conduzimos cálculos de primeiros princípios com base na evolução da estrutura cristalina e realizamos cálculos teóricos P-V-L usando dados experimentais de XRD. Esses cálculos corroboraram as propriedades da ligação química, quantificando o impacto dos parâmetros da ligação química no desempenho dielétrico de microondas, e explorar os mecanismos de resposta intrínsecos das propriedades dielétricas.

"Além disso, ao examinar as contribuições intrínsecas à resposta dielétrica de micro-ondas por meio de espectroscopia de vibração de rede, extrapolamos o limite de baixa perda em frequências de micro-ondas. Esta análise indica o potencial desta estrutura para atingir perdas ainda menores, "disse o professor Zhang.

A equipe de pesquisa aspira que este estudo ofereça novas opções de materiais para dispositivos de RF. Além disso, a exploração de limites de baixas perdas e a investigação da relação entre estrutura e desempenho podem fornecer orientação teórica para modificação de materiais. Isso facilitará o desenvolvimento da comunicação por ondas milimétricas e melhorará o atraso do sinal.

O primeiro autor é Huanrong Tian da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Shandong. Outras contribuições incluem o Professor Yao Liu da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Shandong, e Xiaohan Zhang, Professor Haitao Wu da Escola de Meio Ambiente e Materiais Engenharia na Universidade Yantai.