ساخت و بررسي خواص ساختاري و دي‌الكتريكي سراميك Mg2TiO4

Fabrication and study of the structural and dielectric properties of Mg2TiO4 ceramics

در سال‌هاي اخير تقاضا براي سراميك‌هاي دي‌الكتريك كم‌هزينه و با كارايي بالا به دليل پيشرفت‌هاي مداوم در سيستم­هاي ارتباطي بي‌سيم، در حال افزايش است. با توجه به اينكه هزينه‌ي ساخت سراميك Mg2TiO4 نسبت به بقيه مواد كمتر است، لذا در تحقيق حاضر، ساخت سراميك Mg2TiO4 به روش حالت‌جامد و بهينه‌سازي خواص دي‌الكتريكي آن در ناحيه‌ي مايكروويو و در فركانس GHz 457/8 مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور تركيب Mg2TiO4 را به عنوان تركيب پايه در نظر گرفته و اثر ماده‌ي افزودني و عناصر جانشاني شده، بر خواص ساختاري و تغييرات خواص دي‌الكتريك نمونه‌ها مطالعه شده است. به منظور بررسي ساختار بلوري و فازهاي مختلف در نمونه‌ها، از آناليز پراش پرتو ايكس (XRD) و براي مطالعه ي ريزساختار از ميكروسكوپ الكتروني (SEM) استفاده شد. براي بررسي خواص دي‌الكتريك نمونه‌ها در ناحيه‌ي مايكروويو، يعني ثابت دي‌الكتريك و تانژانت تلفات دي‌الكتريك ،ازتحليل‌گر برداري شبكه (VNA) كمك گرفته شد. در اين پژوهش، تلاش ما بر اين است كه با استفاده از مواد افزودني و عناصر جانشاني شده‌ي مناسب، ثابت دي‌الكتريك نمونه‌ها در محدوده‌ي 17-14 و تانژانت تلفات دي‌الكتريك در محدوده‎ي كوچك‌تر از به دست آيد. بنابراين با جانشاني هم‌زمان يون Mg با يون Ni و جانشاني يون Ti با يون Sn در ساختار تركيب، توانستيم به خواص دي‌الكتريك به صورت و با جانشاني هم‌زمان يون Mg با يون Mn و جانشاني يون Ti با يون Sn، به خواص دي‌الكتريكي دست پيدا كنيم. همچنين در بخش ديگري از تحقيق، با استفاده از اكسيد سريم به عنوان ماده‌ي افزودني توانستيم به خواص دي‌الكتريك مايكروويو عالي رسيده كه براي كاربردهاي موردنظر بسيار مناسب است.

در سال‌هاي اخير تقاضا براي سراميك‌هاي دي‌الكتريك كم‌هزينه و با كارايي بالا به دليل پيشرفت‌هاي مداوم در سيستم­هاي ارتباطي بي‌سيم، در حال افزايش است. با توجه به اينكه هزينه‌ي ساخت سراميك Mg2TiO4 نسبت به بقيه مواد كمتر است، لذا در تحقيق حاضر، ساخت سراميك Mg2TiO4 به روش حالت‌جامد و بهينه‌سازي خواص دي‌الكتريكي آن در ناحيه‌ي مايكروويو و در فركانس GHz 457/8 مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور تركيب Mg2TiO4 را به عنوان تركيب پايه در نظر گرفته و اثر ماده‌ي افزودني و عناصر جانشاني شده، بر خواص ساختاري و تغييرات خواص دي‌الكتريك نمونه‌ها مطالعه شده است. به In recent years, the demand for low-cost and high-performance dielectric ceramics has increased due to continuous advances in wireless communication systems. Due to the fact that the cost of synthesis of Mg2TiO4 ceramic is lower than other materials, so in the present study, has been studied the synthesis of Mg2TiO4 ceramic by solid state method and optimizing its dielectric properties in the microwave region and at the frequency of 8∙457 GHz. For this purpose, the composition of Mg2TiO4 is considered as the base composition and the effect of the additive and substituted elements on the structural properties and changes in the dielectric properties of the samples have been studied. X-ray diffraction (XRD) analysis was used to study the crystal structure and different phases in the samples and electron microscopy (SEM) was used to study the microstructure. A network vector analyzer (VNA) was used to investigate the dielectric properties of the samples in the microwave region, ie the dielectric constant ( ε _ r ) and the dielectric loss tangent (tan⁡δ). In this research, using suitable additives and substituted elements, we tried to find the dielectric constant of the samples in the range of 14-17 and the dielectric loss tangent in the region smaller than 3×〖10〗^(-4). Therefore, by substitution of Mg ion with Ni ion and substitution of Ti ion with Sn ion in the composition structure, we were able to obtain dielectric properties as ( ε _ r =14∙9,〖 tan〗⁡〖δ=2∙7×〖10〗^(-4) 〗) and with substitution of Mg ion with Mn ion and substitution of Ti ion with Sn ion, To obtain the dielectric properties ( ε _ r =14∙85,〖 tan〗⁡〖δ=5×〖10〗^(-5) 〗). Also in another part of the research, using cerium oxide as an additive, we were able to achieve excellent microwave dielectric properties ( ε _ r =16∙3,〖 tan〗⁡〖δ=5×〖10〗^(-5) 〗), which is very suitable for the intended applications.