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Title in Portuguese: Estudo numérico e experimental da matriz Sr2CoNbO6 adicionado com TiO2 para aplicações com ressoadores dielétricos de alta frequência
Author: Morais, José Eduardo Vasconcelos de
Advisor(s): Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Keywords: Teleinformática
Microondas
Propriedades dielétricas
Dielectric properties
Radiofrequency
Thermal stability
Microwave
Issue Date: 3-Apr-2018
Citation: MORAIS, J. E. V. Estudo numérico e experimental da matriz Sr2CoNbO6 adicionado com TiO2 para aplicações com ressoadores dielétricos de alta frequência. 2018. 155 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: A busca por novos materiais com propriedades elétricas úteis em áreas da engenharia de telecomunicações que utilizam a região de micro-ondas e radiofrequência tem se intensificado nos últimos anos. Óxidos metálicos pertencentes a família da dupla perovskita como Sr2CoNbO6 (SCNO) e o óxido de titânio apresentam características dielétrica interessantes (baixa perda e alta permissividade dielétrica) e são muito aplicados em dispositivos eletroeletrônicos devido suas características dielétricas. Entretanto as variações das propriedades dielétricas destes dois óxidos sobre efeito de temperatura mostram características Para a formação do compósito SCNO-TiO2 foram usados SCNO sintetizado via reação de estado sólido. Foram usadas variadas concentrações de TiO2 na formulação do compósito variando de 0 a 80%wt de TiO2. Os resultados de difração de raios-x mostrou que as fases presentes após o processo de sinterização foram fases cristalinas de SCNO, SrTiO3 e CoNbO4. A densidades relativas obtidas por Picnometria e a densificação obtidas pela microscopia eletrônica de varredura mostraram um aumento até a concentração de 20 wt.% de TiO2. As propriedades dielétricas na faixa de micro-ondas foram investigadas pela técnica de Hakki-Coleman, que mostrou um aumento da permissividade dielétrica (22-67) devido ao aumento da densificação e da formação do SrTiO3. Para a perda dielétrica uma diminuição foi observada até 20wt% de TiO2 influenciada pela densificação do compósito. A estabilidade térmica desses compósitos em micro-ondas mostraram que o TiO2 inserido melhorou bastante a estabilidade térmico dos compósitos, pois foi observado uma inversão de sinal do τf . A análise das propriedades dielétricas e elétricas dos compósitos por espectroscopia de impedância na faixa de frequência analisada de 1Hz-10MHz e a numa faixa de temperatura de 30º-450ºC, mostrou que o todas amostra mostraram que possuem um processo de transferência de carga termo-ativo e que através da relação de Arrhenius os compósitos estudados apresentaram um aumento considerável da energia de ativação com o aumento da concentração de TiO2 adicionado. As respostas elétricas obtidas foram ajustadas utilizando um modelo do circuito equivalente R-CPE, mostrando o mesmo perfil em todas as amostras. Os ressoadores dielétricos formados a partir dos compósitos foram testados como antenas ressoadoras dielétricas (DRA) e a performance desse material como antena mostrou um coeficiente de reflexão abaixo de -10dB, ganho acima de 4,03dBi e eficiência acima de 60%.
Abstract: The search for new materials with useful electrical properties in areas of telecommunications engineering that use the microwave and radiofrequency region has intensified in recent years. Metal oxides belonging to the double perovskite family such as Sr2CoNbO6 (SCNO) and titanium oxide have interesting dielectric characteristics (low loss and high dielectric permissivity) and are widely applied in electro-electronic devices due to their dielectric characteristics. However, the dielectric properties variations of these two oxides on temperature effect show oposite variations. For the formation of the SCNO-TiO2 composite, the SCNO was synthesized via solid state reaction. Various concentrations of TiO2 in the composite formulation ranging from 0 to 80 wt% of TiO2 were used. The results of X-ray diffraction showed that the phases present after the sintering process were crystalline phases of SCNO, SrTiO3 and CoNbO4. The relative densities obtained by Picnometry and the densification obtained by scanning electron microscopy showed an increase up to the concentration of 20 wt% TiO2. The dielectric properties in the microwave range were investigated by the Hakki-Coleman technique, which showed an increase in dielectric permittivity (22-67) due to increased densification and formation of SrTiO3. For the dielectric loss a decrease was observed up to 20wt% of TiO2 influenced by the densification of the composite. The thermal stability of these composites showed that the TiO2 inserted greatly improved the thermal stability of the composites, since a signal inversion of τf was observed. The analysis of the dielectric and electrical properties of the composites by impedance spectroscopy in the frequency range analyzed at 1Hz-10MHz and at a temperature range of 30º-450ºC showed that the all samples showed that they have a heat transfer active transfer process and that through the Arrhenius relationship the studied composites showed a considerable increase of the activation energy with the increase of the added TiO2 concentration. The electrical responses obtained were adjusted using an R-CPE equivalent circuit model, showing the same profile in all samples. The dielectric resonators formed from the composites were tested as dielectric resonance antennas (DRA) and the performance of this material as antenna showed a reflection coefficient below -10dB, gain above 4.03dBi and efficiency above 60%.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/32662
metadata.dc.type: Tese
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