بررسی نقش کاتیون های جانشین (<span dir="ltr">Mn^۴+ و <span dir="ltr">Ni^۲+ به جای <span dir="ltr">Al^۳+) بر رفتار مایکروویو دی الکتریک الکتروسرامیک های کوردیریتی

مقدمه و اهداف: سرامیک های کوردیریتی (Mg۲Al۴Si۵O۱۸)، به دلیل ویژگی هایی همچون ثابت دی الکتریک پایین، اتلاف دی الکتریک بسیار پایین، پایداری حرارتی بالا و عملکرد مطلوب در فرکانس های مایکروویو و میلی متر، به عنوان مواد دی الکتریک پیشرفته در نسل های پنجم و ششم ارتباطات (۵G و ۶G)، مورد استفاده قرار گرفته اند. این پژوهش به بررسی اثر جانشینی هم زمان کاتیون های Mn۴+ و Ni۲+ به جای Al۳+ بر چگالش، ساختار کریستالی، ریزساختار، انتروپی اختلاط (ΔSmixing) و خواص دی الکتریک کوردیریت پرداخته است.مواد و روش ها: نمونه هایی با مقادیر جانشینی مختلف (۰، ۰/۲۵ و ۰/۵۰)، با روش سنتز حالت جامد تهیه و سپس در دماهای مختلف سینتر شدند. بررسی های فازی و ریزساختاری با استفاده از پراش پرتو ایکس، طیف سنجی رامان و میکروسکوپ الکترونی روبشی، مورد مطالعه قرار گرفت. از تحلیل گر شبکه جهت اندازه گیری خواص دی الکتریک در فرکانس های مایکروویو استفاده شد. همچنین انتروپی اختلاط و اعوجاج شبکه اندازه گیری و مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. یافته ها: جانشینی Mn۴+ و Ni۲+ به جای Al۳+، موجب دستیابی به بیشنه دانسیته در دمایی حدود ۱۰۰°C پایین تر نسبت به کوردیریت خالص شد. نتایج XRD و رامان نشان داد در ۰/۲۵=x، محلول جامد کامل تشکیل می شود اما در ۰/۵۰ =x، علاوه بر فاز کوردیریت، فاز ثانویه Mg۱.۱۶Mn۰.۸۴Si۲O۶ نیز ظاهر می گردد. بررسی ریزساختاری، افزایش میانگین اندازه دانه ها را با افزایش جانشینی تایید کرد. بهترین خواص مایکروویو برای Mg۲Al۳.۷۵(Mn۴+Ni۲+)۰.۲۵Si۵O۱۸ با ۴/۵۸=εr و Q×f=۱۰۷۳۳۳ GHz و τf=-۱۴/۷ ppm/°C به دست آمد و مقدار ΔSmixing=۲/۳۰ J/mol.K اندازه گیری شد. نتیجه گیری: جانشینی کنترل شده Mn۴+ و Ni۲+ در دمای سینتر مناسب، بهینه سازی هم زمان خواص دی الکتریک و پایداری حرارتی را امکان پذیر می سازد.

کلیدواژه ها:

کوردیریت ، ویژگی های ماکروویو دی الکتریک ، الکتروسرامیک ها ، انتروپی اختلاط ، اعوجاج شبکه ، نسل های پنجم و ششم (۵G و ۶G)