Le ceramiche dielettriche a microonde sono la pietra angolare dei dispositivi di comunicazione wireless, ampiamente utilizzati nelle comunicazioni mobili, nei radar satellitari, nel GPS, nel Bluetooth e nelle applicazioni WLAN. I componenti realizzati con questi materiali ceramici, come filtri, risonatori e antenne dielettriche, sono ampiamente utilizzati nelle reti di comunicazione wireless.
Man mano che le frequenze di comunicazione wireless si estendono a bande più elevate, i problemi di ritardo del segnale diventano sempre più importanti. Costanti dielettriche basse (εr ) può ridurre gli effetti di accoppiamento elettromagnetico, minimizzando efficacemente i ritardi del segnale.
Di conseguenza, lo sviluppo di nuovi materiali ceramici con basse costanti dielettriche è diventato un problema critico in questo campo. Inoltre, l'esplorazione dei meccanismi di risposta dielettrica intrinseca della ceramica dielettrica per fornire una guida teorica per il miglioramento delle prestazioni è un obiettivo chiave per i ricercatori in questo settore.
Il gruppo di ricerca guidato dal professor Zidong Zhang dell’Università dello Shandong ha recentemente segnalato un nuovo sistema pionieristico di ceramiche dielettriche a microonde leggere, a bassa costante dielettrica e a bassa perdita. Questo sistema innovativo presenta un [PO4 fortemente covalente ] struttura tetraedrica, che incorpora LiO2 a basso punto di fusione , e vengono introdotti elementi di terre rare per ottenere valori di fattore di alta qualità (Q·f).
Basato su LiO2 -Ln2 O3 -P2 O5 diagramma di fase ternario, LiLn(PO3 )4 (Ln =La, Sm, Eu) è stato sintetizzato con successo a temperature di sinterizzazione inferiori a 950°C, che presentano una costante dielettrica bassa (5,05–5,26), un fattore di alta qualità (41,607–75,968 GHz) e una bassa densità (3,04 –3,26 g/cm 3 ), mostrando prestazioni complessive eccezionali tra i materiali a basso dielettrico.
Il team ha pubblicato la recensione sul Journal of Advanced Ceramics il 14 maggio 2024.
"In questo lavoro, il nostro gruppo di ricerca ha segnalato un sistema a basso dielettrico basato su fosfati. Basandosi su studi sistematici sugli ortofosfati (-PO4 ) e pirofosfati (-P2 O7 ), abbiamo identificato un sistema metafosfato all'interno delle regioni stabili del diagramma di fase del fosfato. Ottimizzando le condizioni di preparazione, abbiamo ottenuto eccellenti proprietà dielettriche.
"Inoltre, pensando alle future applicazioni dei dispositivi, il gruppo di ricerca ha progettato un prototipo di antenna patch a microstriscia. Le misurazioni pratiche corrispondono strettamente ai risultati della simulazione, dimostrando le eccellenti prestazioni dell'antenna", ha affermato il professor Zhang della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dello Shandong. Università. Il professor Zhang è anche vice segretario generale del ramo dei metamateriali della Chinese Materials Research Society.
"Inoltre, in questo studio, abbiamo condotto calcoli sui principi primi basati sull'evoluzione della struttura cristallina ed eseguito calcoli teorici P-V-L utilizzando dati XRD sperimentali. Questi calcoli hanno confermato le proprietà del legame chimico, quantificando l'impatto dei parametri del legame chimico sulle prestazioni dielettriche delle microonde, ed esplorare i meccanismi di risposta intrinseci delle proprietà dielettriche.
"Inoltre, esaminando i contributi intrinseci alla risposta dielettrica delle microonde attraverso la spettroscopia delle vibrazioni reticolari, abbiamo estrapolato il limite di bassa perdita alle frequenze delle microonde. Questa analisi indica il potenziale di questa struttura per ottenere perdite ancora più basse", ha affermato il professor Zhang.
Il gruppo di ricerca aspira a questo studio per offrire nuove opzioni di materiali per i dispositivi RF. Inoltre, l’esplorazione dei limiti di basse perdite e l’indagine sulla relazione tra struttura e prestazioni possono fornire una guida teorica per la modifica dei materiali. Ciò faciliterà lo sviluppo della comunicazione a onde millimetriche e migliorerà il ritardo del segnale.
Il primo autore è Huanrong Tian della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Shandong, Altri contributi includono il Professor Yao Liu della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Shandong e Xiaohan Zhang, il Professor Haitao Wu della Scuola di Scienze Ambientali e dei Materiali Ingegneria presso l'Università di Yantai.
