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Title in Portuguese: Estudo das propriedades estruturais e dielétricas da matriz cerâmica BiVO4 e os efeitos da adição de Tio2 e CaTiO3 para aplicações em engenharia de micro-ondas
Author: Oliveira, Ronaldo Glauber Maia de
Advisor(s): Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Keywords: Teleinformática
Vanadatos
Antenas (Eletrônica)
Microondas
Dielectric ceramics
Dielectric resonating antennas
Bismuth vanadate
Issue Date: 23-Jan-2019
Citation: OLIVEIRA, R. G. M. de. Estudo das propriedades estruturais e dielétricas da matriz cerâmica BiVO4 e os efeitos da adição de Tio2 e CaTiO3 para aplicações em engenharia de micro-ondas. 2019. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: Neste trabalho foram investigadas as propriedades estruturais e dielétricas da fase monoclínica da matriz cerâmica BiVO4 (BVO), com adição em massa de óxido de titânio (TiO2), nas proporções de 8, 16, 24, 28 e 32%, e titanato de cálcio (CaTiO3), de 15, 30, 45, 55 e 60%. O método de reação em estado sólido foi usado para a produção dos pós BVO. Após a calcinação, a 500ºC, foi feita a análise de difração de raios-X para a caracterização da estrutura e da composição das amostras, comprovadas através do refinamento Rieteveld. As amostras foram prensadas na forma de cilindros e sinterizadas a 800ºC. O estudo da morfologia foi realizado através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e comparadas usando as medidas de densidade obtidas através da picnometria. A caracterização dielétrica foi realizada nas regiões de radiofrequências (RF) e micro-ondas (MW). Foi feito um estudo das propriedades com variação da temperatura para possível aplicação em dispositivos de RF e MW. O principal foco foi obter componentes dielétricos cerâmicos com constante dielétrica alta, baixas perdas dielétricas, estabilidade térmica, com boa largura de banda, ganho e eficiência. Em temperatura ambiente, na frequência de 1Hz em RF, foi identificado um valor gigante da constante dielétrica (ε’ = 2,6x104 ), bem acima dos valores encontrados na literatura, da ordem de 102 numa frequência de 10 Hz, e tangente de perdas dielétricas (tg ) da ordem de 10-1 . Da análise do comportamento em MW, obtida utilizando-se o método HakkiColeman, foi possível verificar uma constante dielétrica de 67 para a amostra pura e 15,75 para a adição de 32% de CaTiO3 (CTO) e tangente de perdas dielétricas na ordem de 10-3 . A medida do coeficiente de temperatura da frequência de ressonância (f) mostrou a possibilidade de atingir a estabilidade térmica (f = 0). Obteve-se um f = -244,02 ppm/°C para o BVO e -69 ppm/°C e -2,75 ppm/°C para a adição de 22,8% de TiO2 e 16% de CTO, respectivamente. A partir de 16% de CTO, os valores de f oscilam entre -79.06 e -43.99 ppm/°C, enquanto a adição de TiO2 manteve-se crescente. Simulações numéricas foram realizadas, mostrando razoável concordância com os dados experimentais. As cerâmicas são úteis para a aplicação em dispositivos de antenas, em sistemas de comunicações via satélite, radar, recepção de rádio
Abstract: In this study the structural and dielectric properties of the ceramic matrix monoclinic phase BiVO4 (BVO) were investigated with mass addition of titanium oxide (TiO2) in the proportions of 8, 16, 24, 28 and 32wt.%, and calcium titanate (CaTiO3) of 15, 30, 45, 55 and 60wt.%. The solid-state reaction method was used for the production of powders BVO. After calcination at 500ºC, X-ray diffraction analysis was performed to characterize the structure and composition of the samples, proven through refinement Rieteveld. The samples were pressed in the form of cylinders at 800ºC. The study of the morphology was performed through Scanning Electron Microscopy (MEV) and the samples were compared using the density measurements obtained through the pycnometry. The dielectric characterization was performed in the radiofrequency regions (RF) and microwave (MW). A study of properties with temperature variation was made through possible application in RF and MW. The main objective was to obtain ceramic dielectric components with high dielectric constant, low dielectric losses, thermal stability, good bandwidth, gain and efficiency. At ambient temperature at 1Hz in RF, a giant dielectric constant value was identified (ε’ = 2,6x104 ), higher than the values found in the literature, of the order of 102 at a frequency of 10 Hz, and tangent of dielectric losses (tg ) of the order of 10-1 . From the analysis of the behavior in MW, obtained using the Hakki-Coleman, it was possible to verify a dielectric constant of 67 in the pure sample and 15,75 in the addition of 32% of CaTiO3 (CTO) tangent of dielectric losses in the order of 10-3 . The measurement of the temperature coefficient of the resonant frequency (f) showed the possibility of achieving thermal stability (f = 0). There was obtained f = - 244,02 ppm/°C to BVO and -69 ppm/°C and -2,75 ppm/°C for the addition of 22,8% of TiO2 and 16% of CTO, respectively. From 16% of CTO, the values of f oscillate between -79.06 and -43.99 ppm/°C, while the addition of TiO2 kept growing. Numerical simulations were performed showing reasonable agreement with the experimental data. Ceramics are useful for application in antenna devices, in satellite communications systems, radar, radio reception.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/40034
metadata.dc.type: Tese
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