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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78623
Tipo: | Tese |
Título: | Investigando o desempenho isolante e de perdas e dielétricas do molibdato de calcio (CaMoO4), sob adição de TiO2, para aplicações em ressoadores dielétricos |
Título em inglês: | Investigating the insulation and dielectric loss performance of calcium molybdate (CaMoO4), with eddition of TiO2, for applications in dielectric resonators |
Autor(es): | Nogueira, Francisco Enilton Alves |
Orientador: | Sombra, Antonio Sérgio Bezerra |
Palavras-chave em português: | CMO;Propriedades dielétricas;Micro-ondas;Radiofrequência |
Palavras-chave em inglês: | CMO;Dielectric properties;Microwave;Radio frequency |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Data do documento: | 19-Ago-2024 |
Citação: | NOGUEIRA, Francisco Enilton Alves. Investigando o desempenho isolante e de perdas dielétricas do molibdato de cálcio (CaMoO4) sob adição de TiO2 para aplicações em ressoadores dielétricos. 2024. 112 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumo: | Neste trabalho, foram estudadas as propriedades estruturais e dielétricas da matriz cerâmica CaMoO4 (CMO), com adição em massa de óxido de titânio (TiO2), nas proporções de 8, 12, e 20%. O preparo das amostras se deu pelo método de reação em estado sólido, seguido de calcinação à temperatura de 900 ºC. Após a calcinação, os pós foram prensados em formato cilíndrico e sinterizadas a 1200 °C. Em seguida as peças cerâmicas obtidas foram caracterizadas quanto a sua estrutura e morfologia por Difração de Raios-X e Microscopia Eletrônica de Varredura, respectivamente. A análise de Difração de Raios-X comprova a obtenção da matriz CMO sem a presença de fases espúrias. Nas análises dos compósitos foram observadas apenas as fases cristalinas CMO e TiO2. O estudo morfológico e a análise das micrografias revelaram que a adição de TiO2 modificou a morfologia dos materiais levando a um aumento dos grãos e à aparição de bastões de tamanhos variados. Através do ensaio de picnometria observou-se também uma melhora na densificação dos materiais. A caracterização dielétrica foi realizada nas regiões de radiofrequências (RF) e micro-ondas (MW). Foi feito um estudo das propriedades em temperatura ambiente e com variação da temperatura para possível aplicação em dispositivos de RF e MW. O estudo das cerâmicas realizado na faixa de MW sugerem que os compósitos da série (CMO)1-x – (TiO2)x apresentam propriedades para aplicação como antena ressoadora dielétrica (DRA). Com os resultados obtidos utilizando-se o método Hakki-Coleman, foi possível verificar que a permissividade dielétrica de 9,34 para a amostra pura e 19,02 para a adição de 20% de TiO2 e tangente de perdas dielétricas na ordem de 10-4 para todas as amostras. O resultado do coeficiente de temperatura da frequência de ressonância (τf) mostrou que com a adição de 8% foi possível atingir uma estabilidade térmica com valor de τf = -5,90 ppm.ºC-1. Os parâmetros de antenas foram obtidos por simulação numérica, onde os resultados como espectros do coeficiente de reflexão e impedâncias das antenas mostraram boa correlação entre os resultados experimentais e simulados. Os ganhos e eficiências das antenas tiveram valores como, ganho realizado de 2,76 a 3,11 dBi, largura de banda de 741 a 1079 MHz e uma eficiência de radiação acima de 86%. Com relação aos resultados em RF os valores de permissividade real (ε’) e tangente de perda (tg δ) em temperatura ambiente foram analisados. Os diagramas de Nyquist foram ajustados com base em um circuito equivalente usando duas associações de R-CPE relacionadas aos efeitos de grão e contorno de grão. O estudo de TCC também foi realizado e demostrou que a matriz CMO12 em 10 KHz apresentou valor TCC=0, demostrando ser um material termicamente estável nessa frequência. Os estudos dos espectros de Z”, M” e σ’ com o efeito da temperatura demonstraram um processo de condução termicamente ativado com um valor de energia de ativação (Ea) que varia de 0.85 a 1.41 eV. |
Abstract: | In this work, the structural and dielectric properties of the CaMoO4 (CMO) ceramic matrix were studied, with mass addition of titanium oxide (TiO2), in proportions of 8, 12, and 20%. The samples were prepared using the solid-state reaction method, followed by calcination at 900 ºC. After calcination, the powders were pressed into cylindrical shape and sintered at 1200 °C. The ceramic pieces obtained were characterized by their structure and morphology by X-ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy, respectively. The X-ray Diffraction analysis proves that the CMO matrix was obtained without the presence of spurious phases; in the analysis of the composites, only the CMO and TiO2 crystalline phases were observed. The morphological study and analysis of the micrographs revealed that the addition of TiO2 modified the morphology of the materials, leading to an increase in grains and the appearance of rods of varying sizes. Through the pycnometry test, an improvement in the densification of materials was also observed. Dielectric characterization was carried out in the radio frequency (RF) and microwave (MW) regions. A study of the properties at room temperature and with temperature variation was carried out for possible application in RF and MW devices. The study of ceramics carried out in the MW range suggests that composites from the (CMO)1-x – (TiO2)x series have properties for application as dielectric resonator antenna (DRA). With the results obtained using the Hakki-Coleman method, it was possible to verify that the dielectric permittivity of 9.34 for the pure sample and 19.02 for the addition of 20% TiO2 and dielectric loss tangent in the order of 10- 4 for all samples. The result of the resonance frequency temperature coefficient (τf) showed that with the addition of 8%, it was possible to achieve thermal stability with a value of τf = -5.90 ppm.ºC-1. The antenna parameters were obtained by numerical simulation, where results such as reflection coefficient spectra and antenna impedances showed a good correlation between experimental and simulated results. The gains and efficiencies of the antennas had values such as a realized gain of 2.76 to 3.11 dBi, bandwidth of 741 to 1079 MHz, and a radiation efficiency above 86%. Regarding the results in RF, the values of real permittivity (ε’) and loss tangent (tg δ) at room temperature were analyzed. The Nyquist diagrams were fitted based on an equivalent circuit using two R-CPE associations related to grain and grain boundary effects. The TCC study was also carried out and demonstrated that the CMO12 matrix at 10 KHz presented a TCC value = 0, demonstrating that it is a thermally stable material at this frequency. Studies of the Z”, M” and σ’ spectra with the effect of temperature demonstrate a thermally activated conduction process with an activation energy value (Ea) that varies from 0.85 to 1.41 eV. |
URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78623 |
Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/6833498085056241 |
Currículo Lattes do Orientador: | http://lattes.cnpq.br/6034251420222926 |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Aparece nas coleções: | DETE - Teses defendidas na UFC |
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