Avaliação da solução sólida Ca3-xBaxZrSi2O9 para aplicação em dispositivos de micro-ondas e radiofrequência

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Chaves, Anderson Valério
Orientador(a): Fechine, Pierre Basílio Almeida
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/75298
Resumo: The present study aims to evaluate the Ca3ZrSi2O9 (CZS) phase and its resulting solid solution with the addition of barium for use in electronic devices. The samples were characterized using X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM) for morphological analysis. The results indicated the formation of a single phase, confirmed the assignment of characteristic bands related to the CZS structure bonds, and the micrographs showed the presence of granular and condensed pores. Dielectric measurements of CZS in the radiofrequency range were performed using Impedance Spectroscopy, where no phase transition was observed. For the microwave range, the dielectric permittivity values of 11.80, dielectric loss of 8.28 x 10–4, and resonant frequency temperature coefficient (τf) of –44.30 ppm °C–1 were obtained for the pure phase. Additionally, the use of this material as a dielectric resonator antenna (DRA) at 6.57 GHz was proposed. The addition of barium was evaluated in the solid solution Ca3-xBaxZrSi2O9 (x = 0.15, 0.30, and 0.45), referred to as 0.15BaCZS, 0.30BaCZS, and 0.45BaCZS, respectively. Structural and morphological characterizations indicated the presence of a crystalline majority phase of CZS and a minority phase of BaZrO3, along with characteristic bands associated with the CZS sample. Preliminary microwave tests showed that the dielectric losses and permittivity varied with increasing barium proportion in the solid solution composition, as well as the τf. For the DRA tests, the samples operated below –10 dB within the frequency range of 6.57 to 7.7 GHz, behaving as materials suitable for microwave devices for applications in the C-band.
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Dielectric measurements of CZS in the radiofrequency range were performed using Impedance Spectroscopy, where no phase transition was observed. For the microwave range, the dielectric permittivity values of 11.80, dielectric loss of 8.28 x 10–4, and resonant frequency temperature coefficient (τf) of –44.30 ppm °C–1 were obtained for the pure phase. Additionally, the use of this material as a dielectric resonator antenna (DRA) at 6.57 GHz was proposed. The addition of barium was evaluated in the solid solution Ca3-xBaxZrSi2O9 (x = 0.15, 0.30, and 0.45), referred to as 0.15BaCZS, 0.30BaCZS, and 0.45BaCZS, respectively. Structural and morphological characterizations indicated the presence of a crystalline majority phase of CZS and a minority phase of BaZrO3, along with characteristic bands associated with the CZS sample. Preliminary microwave tests showed that the dielectric losses and permittivity varied with increasing barium proportion in the solid solution composition, as well as the τf. For the DRA tests, the samples operated below –10 dB within the frequency range of 6.57 to 7.7 GHz, behaving as materials suitable for microwave devices for applications in the C-band.O presente trabalho pretende avaliar a fase Ca3ZrSi2O9 (CZS) e sua resultante solução sólida, com adição de bário, para uso em dispositivos eletrônicos. As amostras foram caracterizadas por meio da difração de raios-X (DRX), espectroscopia de infravermelho (FTIR) e Raman, além da análise morfológica pela microscopia eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados indicaram a formação de uma única fase, a atribuição das bandas características das ligações da estrutura da CZS foi confirmada, e as micrografias mostraram a presença de poros granulosos e condensados. A medida dielétrica da CZS em radiofrequência foi realizada por Espectroscopia de Impedância onde não foi verificado transição de fase. Para a faixa de micro-ondas, valores de permissividade dielétrica de 11,80, perda dielétrica 8,28 x 10–4 e coeficiente de temperatura de frequência ressonante (τf) de –44,30 ppm °C–1 foram obtidos para a fase pura. Foi também proposto o uso desse material como antena ressoadora dielétrica (DRA) na faixa de 6,57 GHz. A adição de bário foi avaliada na solução sólida Ca3-xBaxZrSi2O9 (x = 0,15, 0,30 e 0,45), denominadas de 0.15BaCZS, 0.30BaCZS e 0.45BaCZS, respectivamente. As caracterizações estruturais e morfológicas indicaram a presença de uma fase majoritária cristalina de CZS e uma minoritária de BaZrO¬3 e bandas características associadas à amostra da CZS. Os testes preliminares em micro-ondas mostraram que os valores da permissividade e das perdas dielétricas variaram com o aumento da proporção de bário na composição da solução sólida, assim como o τƒ. Para os testes de DRA, as amostras operaram abaixo de –10 dB, bem como a frequência de 6,57 a 7,7 GHz, comportando-se como materiais para uso em dispositivos de micro-ondas para aplicações na Banda C.Avaliação da solução sólida Ca3-xBaxZrSi2O9 para aplicação em dispositivos de micro-ondas e radiofrequênciaEvaluation of solid Ca3-xBaxZrSi2O9 solution for application in microwave and radiofrequency devicesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisPropriedades dielétricasMicro-ondasSoluções sólidasCa3ZrSi2O9RadiofrequênciaEspectroscopiaDielectric propertiesSolid solutionsRadiofrequencySpectroscopyCNPQ::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:UFChttp://orcid.org/0000-0003-2066-3461http://lattes.cnpq.br/6519033199781929http://orcid.org/0000-0002-7822-2354http://lattes.cnpq.br/11843494637105512023-12-14ORIGINAL2023_tese_avchaves.pdf2023_tese_avchaves.pdfapplication/pdf3273663http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/75298/3/2023_tese_avchaves.pdf7540298a16bdb526f9d1d671a5cc6ea0MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/75298/4/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD54riufc/752982023-12-14 15:30:09.474oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2023-12-14T18:30:09Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
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