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美國科學(xué)家研發(fā)“增強陶瓷”,助力高頻5G技術(shù)發(fā)展

來源:中國粉體網(wǎng)  撰稿人:  發(fā)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(shè)備和基站的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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(fā)了一種陶瓷,用于增強一種對5G應(yīng)用至關(guān)重要的設(shè)備——循環(huán)器。

5G(第五代寬帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)),被認為是實現(xiàn)了超快的下載速度,結(jié)束了通話中斷和緩沖現(xiàn)象,以及更強的連通性,以推進自動駕駛汽車開發(fā)、遠程手術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

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

陶瓷材料長期以來一直用于移動設(shè)備和基站的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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(fā)了一種陶瓷,用于增強一種對5G應(yīng)用至關(guān)重要的設(shè)備——循環(huán)器。

循環(huán)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(shè)備,充當(dāng)交通圈,使信號保持在一個方向流動,并使接收器和發(fā)射器共用一個天線。為了顯著增加能量密度以適應(yīng)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(shù),取代鉍也使循環(huán)器小型化。

多年來,眾多研究者嘗試過用其它稀土物質(zhì)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(yīng)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(shù)(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(jié)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(shù)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(tǒng)的固相燒結(jié)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(jié)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(yīng)先增加后減小,歸因于Fe2+離子含量的非單調(diào)變化。分析認為,具有較大離子半徑的La3+對Y3+替代導(dǎo)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(diào)變化導(dǎo)致飽和磁化強度和磁介電效應(yīng)的相應(yīng)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(yīng),在106hZ和0.9T條件下的室溫磁介電系數(shù)達-5%。這說明非磁性大離子半徑摻雜可以有效調(diào)控YIG材料的磁性和磁介電效應(yīng)。

===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?zé)Y(jié)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(shù)呈現(xiàn)遞增趨勢,說明晶胞體積在增大。磁性能表征發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻雜量x=0.3時,樣品的Ms值最大。繼續(xù)增大摻雜量,由于超交換作用削弱導(dǎo)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(shù),使得摻雜樣品的矯頑力減小。

隨著5G技術(shù)之爭持續(xù)升溫,大功率氮化鎵開關(guān)可能會取代循環(huán)器,這表明5G技術(shù)的發(fā)展仍處于早期階段。Hill說:“在一段時間內(nèi),毫米波技術(shù)很可能仍將處于西部的蠻荒地帶,因為一種技術(shù)可能只會很快被另一種技術(shù)取代。”

參考來源:

[1]美國科學(xué)家研發(fā)“增強陶瓷” 在高頻5G技術(shù)發(fā)展中或發(fā)揮關(guān)鍵作用.財聯(lián)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?zé)Y(jié)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(zé)任編輯:褚贊贊
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