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Title in Portuguese: Estudo dos efeitos da adição de ZnO e Nb2O5 nas propriedades dielétricas da matriz cerâmica BaBi4Ti4O15 (BBT) e suas aplicações em antenas
Title: Study of the effects of addition of ZnO and Nb2O5 in the dielectric properties of the matrix ceramics babi4ti4O15 (BBT) and its applications in antennas
Author: Silva, Paulo Maria de Oliveira
Advisor(s): Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Keywords: Teleinformática
Material cerâmico
Microondas
Rádio - Transmissão
Issue Date: 11-Oct-2013
Citation: SILVA, P. M. O. Estudo dos efeitos da adição de ZnO e Nb2O5 nas propriedades dielétricas da matriz cerâmica BaBi4Ti4O15 (BBT) e suas aplicações em antenas. 2013. 148 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
Abstract in Portuguese: Com o rápido crescimento das indústrias de telecomunicações criou-se uma forte necessidade por materiais cerâmicos para aplicações em micro-ondas. Devendo estes materiais apresentar alta permissividade dielétrica (εr), elevado fator de qualidade (Q), boa estabilidade térmica (τf ±10 ppm/ºC) e baixo custo. Com a invenção de telefones celulares portáteis, o campo da comunicação sem fio passou por um crescimento inovador nas últimas décadas. O sucesso da terceira geração (3G) dos serviços de comunicação de telefonia celular, motiva o desenvolvimento de banda larga de quarta geração (4G) de telefones celulares e outros produtos e serviços sem fio, como por exemplo, o Bluetooth. Este trabalho consiste no desenvolvimento e caracterização da cerâmica de titanato de bário-bismuto (BaBi4Ti4O15) com adição de óxido de nióbio (Nb2O5) ou óxido de zinco (ZnO), visando a diminuição da temperatura de sinterização e possivelmente melhorar a densificação, e posteriormente, verificar as modificações ocorridas nas propriedades do material, como por exemplo, o coeficiente de temperatura da frequência ressonante (τf). As séries cerâmicas foram produzidas usando a reação no estado sólido, com o uso de moagem mecânica de alta energia e tratamento térmico. A caracterização estrutural foi realizada com base na Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Picnometria. As densidades relativas das amostras adicionadas com (ZnO) a de maior concentração teve valor de 77% enquanto que o BBT puro o valor foi de 56%. As densidades relativas das amostras adicionadas com (Nb2O5) a de maior concentração teve valor de 61% em relação ao BBT puro. Foram realizados experimentos para avaliação do comportamento elétrico e dielétrico das amostras, na faixa de Micro-ondas e Radiofrequência (temperatura ambiente e com variação de temperatura). Por fim, o material foi testado como uma DRA, e posteriormente os resultados obtidos foram simulados através do programa HFSS. As características da DRA da cerâmica pura são 1,12dBi de ganho e 32,51% de eficiência. A DRA que foi adicionada com 2% de (ZnO) apresentou ganho de 1,16dBi com 33,96% de eficiência, enquanto a que foi adicionada com 5% de (Nb2O5) apresentou 1,41dBi de ganho com 42,21% de eficiência.
Abstract: With the rapid growth of the telecommunications industry created a strong need for ceramic materials for applications in microwave. These materials should exhibit high dielectric permittivity (εr), high quality factor (Q), good thermal stability (τf ±10 ppm/ºC) and low cost. With the invention of mobile phones, the field of wireless communication has undergone a revolutionary growth in recent decades. The success of the third generation (3G) services in mobile communication, motivates the development of broadband fourth generation (4G) of mobile phones and other wireless products and services, such as Bluetooth. Nowadays it is well known the use of tablets, which are increasingly gaining market and encouraging the development of new technologies to improve the flow of information. This work involves the development and characterization of the barium bismuth titanate ceramic, (BaBi4Ti4O15) with addition of niobium oxide (Nb2O5) or zinc oxide (ZnO) in order to decrease the sintering temperature and possibly improve the densification and subsequently check the modifications on material properties, such as the temperature coefficient of resonant frequency (τf). The series ceramics were produced using the solid state reaction with the use of high energy mechanical milling and heat treatment. The structural characterization was performed based on Scanning Electron Microscopy (SEM) and Measurement by Pycnometer. The relative densities of the samples with added (ZnO) had the highest concentration value of 77% pure BBT while the value was 56%. The relative densities of the samples spiked with (Nb2O5) had the highest concentration value of 61% compared to pure BBT. Experiments were conducted to evaluate the electrical and dielectric behavior of the samples in the range of Microwave and Radio Frequency (temperature and temperature variation). Finally, the material was tested as a DRA, and then the results were simulated using the HFSS program. The characteristics of the pure ceramic DRA are 1,12dBi gain and 32,51% efficiency. The DRA added with 2% (ZnO ) showed 1.16dBi gain with 33,96% efficiency , while the one that was added with 5% (Nb2O5) showed gain of 1.41dBi with 42,21% efficiency.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/7884
metadata.dc.type: Tese
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