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美國科學家研發“增強陶瓷”,助力高頻5G技術發展

來源:中國粉體網  撰稿人:  發布時間:2021年04月06日 瀏覽:
摘要:

陶瓷材料長期以來一直用于移動設備和基站的無線通信網絡技術。因此,增強型陶瓷一直是提高5G能力的中心重點。而Hill的研究小組就開發了一種陶瓷,用于增強一種對5G應用至關重要的設備——循環器。

5G(第五代寬帶蜂窩網絡技術標準),被認為是實現了超快的下載速度,結束了通話中斷和緩沖現象,以及更強的連通性,以推進自動駕駛汽車開發、遠程手術和物聯網的發展。

總部位于加州的先進半導體公司Skyworks Solutions的技術總監Michael Hill日前表示,事實上,5G技術的采用仍處于早期階段。在由美國物理聯合會(AIP)出版的《應用物理快報》上發表的論文中,Hill和他的同事概述了新興5G技術,并展示了增強陶瓷材料如何在5G發展中發揮關鍵作用。

陶瓷材料長期以來一直用于移動設備和基站的無線通信網絡技術。因此,增強型陶瓷一直是提高5G能力的中心重點。而Hill的研究小組就開發了一種陶瓷,用于增強一種對5G應用至關重要的設備——循環器。

循環器通常由釔鐵石榴石制成的絕緣陶瓷材料制成,是一種三端口設備,充當交通圈,使信號保持在一個方向流動,并使接收器和發射器共用一個天線。為了顯著增加能量密度以適應更高的頻率,研究人員用鉍部分取代了釔,鉍是一種重元素,可以增加陶瓷的介電常數,取代鉍也使循環器小型化。

多年來,眾多研究者嘗試過用其它稀土物質摻雜釔鐵石榴石來解決一些問題。

===多晶Bi取代釔鐵石榴石===

我國研究者曾用多晶Bi取代釔鐵石榴石的介電頻率行為。并用固相反應法制備了成分為Y3-xBixFe5O12的樣品。用阻抗分析儀測量了頻率范圍為1KHz到1GHz的相對介電常數(εr)和損耗角正切(tanδ),用直流電壓源和微安表測試了材料的體積電阻率。結果表明,在低于100KHz的頻率下,Bi取代大大降低了釔鐵石榴石的相對介電常數和損耗角正切,并增加了材料的體積電阻率。

===La摻雜對釔鐵石榴石===

有研究者采用傳統的固相燒結法制備了La摻雜的Y3Fe5O12系列陶瓷樣品,詳細研究了La摻雜對其磁性和磁介電性能的影響。研究結果表明:隨著La摻雜量的增加,飽和磁化強度和本征磁介電效應先增加后減小,歸因于Fe2+離子含量的非單調變化。分析認為,具有較大離子半徑的La3+對Y3+替代導致Y3Fe5O12晶格擴張和可能的離子移位,這兩個因素的競爭作用引起Fe2+含量隨La含量的增加先增加后減小。Fe2+離子含量的非單調變化導致飽和磁化強度和磁介電效應的相應變化趨勢,并在La含量為0.3時同時獲得了大的飽和磁化強度和磁介電效應,在106hZ和0.9T條件下的室溫磁介電系數達-5%。這說明非磁性大離子半徑摻雜可以有效調控YIG材料的磁性和磁介電效應。

===鋯摻雜釔鐵石榴石===

通過溶膠-凝膠法制備了Zr摻雜的摻雜量為x=0~0.5的(Y3-xCax)(Fe5-xZrx)O12,用1100℃低溫燒結便可獲得純相YIG的摻雜樣品。隨著Zr摻雜量的增多,XRD射線衍射峰逐漸向低角度偏移,計算得到的晶格常數呈現遞增趨勢,說明晶胞體積在增大。磁性能表征發現當摻雜量x=0.3時,樣品的Ms值最大。繼續增大摻雜量,由于超交換作用削弱導致磁性呈減小趨勢。樣品的Hc隨摻雜量增大整體呈下降趨勢,這是由于Zr作為一種非磁性離子,它的摻入可以減小YIG的磁晶各向異性常數,使得摻雜樣品的矯頑力減小。

隨著5G技術之爭持續升溫,大功率氮化鎵開關可能會取代循環器,這表明5G技術的發展仍處于早期階段。Hill說:“在一段時間內,毫米波技術很可能仍將處于西部的蠻荒地帶,因為一種技術可能只會很快被另一種技術取代。”

參考來源:

[1]美國科學家研發“增強陶瓷” 在高頻5G技術發展中或發揮關鍵作用.財聯社

[2]吳花蕊等.La摻雜對釔鐵石榴石陶瓷磁性及磁介電性能的影響

[3]王鷺杰等.低溫燒結鋯摻雜釔鐵石榴石(YIG)的磁性能研究

[4]趙宏杰等.Bi取代釔鐵石榴石的介電頻率行為

責任編輯:褚贊贊
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