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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85075| Tipo: | Tese |
| Título: | Análise da performance das propriedades dielétricas da matriz Li2LaNbTiO7 e seus compósitos e ligas sob variação de temperatura |
| Título em inglês: | Performance analysis of the dielectric properties of the Li2LaNbTiO7 matrix and its composites and alloys under temperature variation |
| Autor(es): | Gurgel, Kaio Jonathas Alencar |
| Orientador: | Sombra, Antônio Sérgio Bezerra |
| Palavras-chave em português: | Li2LaNbTiO7 - Propriedades elétricas;Microondas;Radiofrequência |
| Palavras-chave em inglês: | Li2LaNbTiO7 - Electric properties;Microwaves;Radio frequency |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
| Data do documento: | 2025 |
| Citação: | GURGEL, Kaio Jonathas Alencar. Análise da performance das propriedades dielétricas da matriz Li2LaNbTiO7 e seus compósitos e ligas sob variação de temperatura. 2025. 104 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025. |
| Resumo: | Neste estudo, são apresentadas investigações das propriedades dielétricas da matriz cerâmica Li2LaNbTiO7 (LLN), com a adição em massa de 5, 20, e 40% de dióxido de titânio (TiO2). O preparo das amostras se deu pelo método de reação em estado sólido, seguido de calcinação à temperatura de 1050 ºC. Após a calcinação, os pós foram prensados em formato cilíndrico e sinterizadas a 1150 °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 LLN sem a presença de fases espúrias. Nas análises dos compósitos foram observadas a presença de novas fases originadas da reação da adição do TiO2 na matriz LLN. 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(rádio frequência) e MW(micro-ondas). O estudo das cerâmicas realizado na faixa de MW sugerem que os compósitos da série LLN – TiO2 apresentam propriedades para aplicação como antena ressoadora dielétrica (DRA). Com os resultados obtidos utilizando-se o método Hakki-Coleman, foi possível verificar uma permissividade dielétrica (e ) de 15,10 para a amostra pura e 20,28 para a adição de 40% de TiO2 e tangente de perdas dielétricas na ordem de 10-3 para todas as amostras. O resultado do coeficiente de temperatura da frequência de ressonância (tf) mostrou que com a adição de 40% foi possível atingir uma estabilidade térmica com valor de (tf) = +7,33 ppm C-1. Simulações numéricas foram empregadas para avaliar o comportamento da matriz LLN como antenas ressonadoras dielétricas (DRA). A matriz LLN alcançou um ganho de 3.71 dBi, uma largura de banda de 144 MHz e uma eficiência de radiação superior a 97%. Na região de RF o estudo do TCC demostrou que, em 1MHz, há inversão de sinal ao analisarmos as amostras LLN e LLN5, indicando que para uma concentração de TiO₂ situada entre 0% e 5%, é possível identificar uma composição com TCC igual a zero, característica ideal para aplicações em dispositivos eletrônicos que demandem estabilidade térmica. O estudo da condutividade AC em diferentes temperaturas demonstra um processo de condução termicamente ativado com um valor de energia de ativação (Ea) que varia de 0.65 a 0.54 eV. 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. |
| Abstract: | This study presents investigations of the dielectric properties of the ceramic matrix Li₂LaNbTiO₇ (LLN), with the addition of 5%, 20%, and 40% by weight of titanium dioxide (TiO₂). The samples were prepared using the solid-state reaction method, followed by calcination at a temperature of 1050°C. After calcination, the powders were pressed into cylindrical shapes and sintered at 1150°C. The resulting ceramic pieces were characterized for their structure and morphology using X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), respectively. The XRD analysis confirmed the formation of the LLN matrix without the presence of spurious phases. In the composite analyses, the presence of new phases originating from the reaction of TiO₂ with the LLN matrix was observed. Dielectric characterization was carried out in the radiofrequency (RF) and microwave (MW) regions. A temperature-dependent study of the properties was conducted for potential applications in RF and MW devices. The study of the ceramics in the MW range suggests that the LLN-TiO₂ composites exhibit properties suitable for application as dielectric resonator antennas (DRA). Based on the results obtained using the Hakki-Coleman method, a dielectric permittivity (ε) of 15.10 was observed for the pure sample and 20.28 for the sample with a 40% addition of TiO₂, with dielectric loss tangents on the order of 10-3 for all samples. The resonance frequency temperature coefficient (τf) results showed that with the addition of 40% TiO₂, thermal stability was achieved with a value of τf=+7.33 ppm C-1. Numerical simulations were employed to evaluate the behavior of the LLN matrix as dielectric resonator antennas (DRA). The LLN matrix achieved a gain of 3.71 dBi, a bandwidth of 144 MHz, and a radiation efficiency exceeding 97%. In the RF region, the TCC study demonstrated that at 1 MHz, signal inversion occurs when analyzing the LLN and LLN5 samples, indicating that for a TiO₂ concentration between 0% and 5%, a composition with zero TCC can be identified—an ideal characteristic for applications in electronic devices requiring thermal stability. The AC conductivity study at different temperatures revealed a thermally activated conduction process, with activation energy (Ea) values ranging from 0.65 to 0.54 eV. Nyquist plots were fitted using an equivalent circuit model comprising two R-CPE associations related to grain and grain boundary effects. |
| Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/85075 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0003-4285-6328 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | http://lattes.cnpq.br/0024101603201877 |
| 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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