Estudo dielétrico dos compósitos Bi2Fe4O9(1 – x)-CaTiO3(x) e Bi2Fe4O9(1 – x)-BiCu3Ti3FeO12(x) e suas aplicações como antena ressoadora dielétrica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Silva, Ana Maria Amaral
Orientador(a): Sombra, Antonio Sérgio Bezerra
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82465
Resumo: The demand for ceramic materials with specific properties applicable to communication technologies has led to the study and development of composites with characteristics such as high dielectric constant, low loss or thermal stability at a resonant frequency. Bismuth iron oxide Bi2Fe4O9 is a ceramic material with multiferroic properties that has applications such as catalysis, optical absorption and gas sensors. Composites with different proportions of mass addition (20%, 40%, 60% and 80%) between Bi2Fe4O9 and calcium titanate (CaTiO3) and between Bi2Fe4O9 and the ceramic matrix BiCu3Ti3FeO12 were prepared by the solid-state reaction method. The synthesis of the desired phase was confirmed by X-ray diffraction analysis and the composites were properly characterized, as well as micrographs of the sample surfaces were made and the series with CaTiO3 was also characterized by Raman spectroscopy. In both series the matrix underwent decomposition with formation of several phases. The density of all samples was obtained through pycnometry, where the pure matrix and all compositions presented relative densities below 81%. The dielectric characterization in the microwave region showed that the addition of CTO increases the ε values of the matrix and decreases the electrical loss values. The presence of BCTFO in bulk in the matrix also leads to higher ε values while maintaining the same order of magnitude of the tangent loss. The numerical simulation data indicates a satisfactory performance of the antennas with radiation efficiency values between 72 and 97%. The two series showed that it is possible to synthesize a composite with the two proposed ceramic materials whose temperature coefficient value of the resonant frequency is close to zero.
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Composites with different proportions of mass addition (20%, 40%, 60% and 80%) between Bi2Fe4O9 and calcium titanate (CaTiO3) and between Bi2Fe4O9 and the ceramic matrix BiCu3Ti3FeO12 were prepared by the solid-state reaction method. The synthesis of the desired phase was confirmed by X-ray diffraction analysis and the composites were properly characterized, as well as micrographs of the sample surfaces were made and the series with CaTiO3 was also characterized by Raman spectroscopy. In both series the matrix underwent decomposition with formation of several phases. The density of all samples was obtained through pycnometry, where the pure matrix and all compositions presented relative densities below 81%. The dielectric characterization in the microwave region showed that the addition of CTO increases the ε values of the matrix and decreases the electrical loss values. The presence of BCTFO in bulk in the matrix also leads to higher ε values while maintaining the same order of magnitude of the tangent loss. The numerical simulation data indicates a satisfactory performance of the antennas with radiation efficiency values between 72 and 97%. The two series showed that it is possible to synthesize a composite with the two proposed ceramic materials whose temperature coefficient value of the resonant frequency is close to zero.A demanda por materiais cerâmicos com propriedades específicas aplicáveis às tecnologias de comunicação tem levado ao estudo e desenvolvimento de compósitos com características como alta constante dielétrica, baixa perda ou estabilidade térmica frente a uma frequência ressonante. O óxido de ferro e bismuto Bi2Fe4O9 é um material cerâmico com propriedades multiferróicas que possui uso em aplicações como catálise, absorção ótica e sensores de gás. Compósitos com diferentes proporções de adição em massa (20%, 40%, 60% e 80%) entre o Bi2Fe4O9 e titanato de cálcio (CaTiO3) e entre Bi2Fe4O9 e a matriz cerâmica BiCu3Ti3FeO12 (20%, 40%, 60% e 80%) foram preparados pelo método de reação no estado sólido. A confirmação da síntese da fase desejada ocorreu por análise de difração de raios X e os compósitos foram devidamente caracterizados, assim como foram feitas micrografias das superfícies das amostras e também a série com CaTiO3 foi caracterizada também por espectroscopia Raman. Em ambas as séries a matriz sofreu decomposição com formação de diversas fases. A densidade de todas as amostras foi obtida através da picnometria, onde para a matriz pura e todas as composições apresentaram densidades relativas abaixo de 81%. A caracterização dielétrica na região de micro-ondas mostrou que a adição de CTO aumenta os valores de ε da matriz e diminuiu os valores de perda elétrica. A presença de BCTFO em massa na matriz também leva a valores maiores de ε enquanto mantém a mesma ordem de grandeza da tangente de perda. Os dados de simulação numérica apontam para uma performance satisfatória das antenas com valores de eficiência de radiação entre 72 e 97%. As duas séries mostraram ser possível a síntese de um compósito com os dois materiais cerâmicos propostos cujo valor de coeficiente de temperatura da frequência ressonante seja próximo de zero.Estudo dielétrico dos compósitos Bi2Fe4O9(1 – x)-CaTiO3(x) e Bi2Fe4O9(1 – x)-BiCu3Ti3FeO12(x) e suas aplicações como antena ressoadora dielétricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisBi2Fe4O9CaTiO3BiCu3Ti3FeO12Propriedades dielétricasOndas eletromagnéticasBi2Fe4O9CaTiO3BiCu3Ti3FeO12Dielectric propertiesElectromagnetic energyCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://orcid.org/0000-0003-2814-2505http://lattes.cnpq.br/1419267595915176https://orcid.org/0000-0001-6461-6793http://lattes.cnpq.br/60342514202229262025-09-10ORIGINAL2025_tese_amasilva.pdf2025_tese_amasilva.pdfapplication/pdf3566517http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/82465/5/2025_tese_amasilva.pdfe7ea0a1dd360829dcb4a21bd3359313eMD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/82465/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/824652025-09-10 14:08:15.265oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-09-10T17:08:15Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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