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Título: Síntese e caracterização das matrizes cerâmicas TiFeNbO6 com adição de Bi2O3 e análise de aplicações em microondas e radiofrequência
Título em inglês: Synthesis and characterization of ceramic matrix of TiFeNbO6 with addition Bi2O3 and analysis of applications in microwave and radiofrequency
Autor(es): Sousa, Djalma Gomes de
Orientador(es): Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Palavras-chave: Teleinformática
Antenas
Espectroscopia
Impedância
Data do documento: 24-Nov-2014
Citação: SOUSA. D. G. (2014)
Resumo: Atualmente, a crescente demanda por ressoadores dielétricos está diretamente relacionada com o recente progresso nas telecomunicações em micro-ondas. Além disso, as mudanças revolucionárias na tecnologia de comunicação sem fio têm alavancado os recentes avanços no desenvolvimento de materiais dielétricos com base em cerâmicas, que apresentam melhores propriedades, tais como baixa perda e alta permissividade relativa. Neste trabalho estudou-se a matriz cerâmica de TiFeNbO6. A matriz TiFeNbO6 foi calcinada a 1075 ° C e utilizada para preparar as amostras com 2, 4, 6, 8 e 10% em massa de Bi2O3 e sinterizadas a 1125 ° C. Estas amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman (SR), microscopia eletrônica de varredura e propriedades dielétricas de micro-ondas . As amostras apresentaram duas fases, a primeira com estrutura rutilo tetragonal com um grupo de espaço P42/mnm, equivalente a seu parente rutilo Ti0.4Fe0.3Nb0.3O2 e a fase secundária quepertence ao sistema pyrocloro Bi1.721Fe1.056Nb1.134O7 com um grupo espacial de Fd-3mZ (227), em uma estrutura cúbica. As propriedades dielétricas de micro-ondas demonstraram variação significativa para a amostra adicionada com 10% de Bi2O3, pois a formação da fase secundária contribuiu com a redução da instabilidade térmica ( passou 281,12 para 77,45 ppm/°C), com o aumento da permissividade elétrica(r passou 47,23 para 63,77) e um aumento da perda dielétrica (tan passou de 1,6 x 10-3 para 6,8 x 10-3). O aumento significativo de permissividade permite algumas aplicações importantes deste material para dispositivos de micro-ondas, especificamente como antenas dielétricas. Houve adição de Bi2O3 para a análise também das melhorias em propriedades elétricas e dielétricas através de espectroscopia de impedância no intervalo de radiofrequência. Aqui o valor de perda dielétrica (tan) é em torno de 0,7, entre 100 Hz e 100 kHz. A análise da condutividade foi realizada e mostrou uma condutividade constante de baixa frequência e em alta frequência uma transição do tipo Cole-Cole caracterizada por grãos e fronteira de grãos. . Este trabalho também apresenta uma proposta para as amostras fucionarem como antenas ressoadoras dielétricas (DRA) na faixa de freqüências centrais, de 2,2 GHz a 2,6 GHz (banda S).
Abstract: Presently, the increasing demand for dielectric resonators is directly related to a recent progress in the microwave telecommunications. Furthermore, the revolutionary changes in the wireless communication technology, has leveraged the recent advances in the dielectric materials development based on ceramic, which present better properties, such as the low loss and the high relative permittivity. In this work the ceramic matrix of TiFeNbO6 was studied. The TiFeNbO6 matrix was calcined at 1,075 °C and used to prepare the samples with 2, 4, 6, 8 and 10 wt% of the Bi2O3 and sintered at 1,125°C. These samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), scanning electron microscopy and dielectric microwave properties. The samples presented two phases, the first phase having tetragonal rutile structure with a space group of P42/mnm, equivalent at parent rutile Ti0.4Fe0.3Nb0.3O2 and the secondary phase belonging to the pyrochlore system Bi1.721Fe1.056Nb1.134O7 with a space group of Fd-3mZ (227) in a cubic structure. The dielectric microwave properties have shown significant variation for 10% Bi2O3-added sample, because the formation of the secudary phase contributes with the reduction of thermal instability (, from 281.12 to 77.45 ppm/°C), with increase in electric permittivity (r, from 47.23 to 63.77) and an increase in the dielectric loss (tan, from 1,6 x 10-3 to 6,8 x 10-3). This significant increase of permittivity allows some important applications for this material for microwave devices specifically as dielectric antennas. There was addition of Bi2O3 for analyzing too improvement on electrical and dielectric properties through impedance spectroscopy in the range of radiofrequency. Here the value of tan is around 0.7, between 100 Hz and 100 kHz. Conductivity analysis has been carried out and showed a low-frequency constant conductivity and a high-frequency Cole-Cole type transition characterized by grain and grain boundary. This work also presents a proposal for the samples to operate like dielectric resonator antenna (DRA) at the frequency center range, 2.2 GHz at 2.6 GHz (S band).
Descrição: SOUSA. D. G. Síntese e caracterização das matrizes cerâmicas TiFeNbO6 com adição de Bi2O3 e análise de aplicações em microondas e radiofrequência. 2014. 179 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/10870
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