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Tipo: Tese
Título: Propriedades dielétricas da matriz Bi2Mo2O9 com adição de Al2O3 para aplicações em micro-ondas e radiofrequência (RF)
Autor(es): Oliveira, Lindemberg de Sousa
Orientador: Fechine, Pierre Basílio Almeida
Coorientador: Silva, Marcelo Antônio Santos da
Palavras-chave em português: Materiais - Propriedades térmicas;Óxido de alumínio;Microondas;Antenas ressoadoras dielétricas;Materiais compósitos;Bi2 Mo 2O9;Antenas de microondas
Palavras-chave em inglês: Materials - Thermal properties;Aluminum oxide;Microwaves;Dielectric resonator antennas;Composite materials;Bi2Mo2O9;Microwave antennas
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Data do documento: 2025
Citação: OLIVEIRA, Lindemberg de Sousa. Propriedades dielétricas da matriz Bi2Mo2O9 com adição de Al2O3 para aplicações em micro-ondas e radiofrequência (RF). 2025. 126 f. Tese (Doutorado em Engneharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Na busca por novos materiais de alto desempenho para sistemas de telecomunicações em micro- ondas e radiofrequência, com conectividade a diversos tipos de tecnologias, este trabalho investigou as propriedades estruturais e dielétricas da matriz cerâmica Bi Mo O (BMO) em fase monoclínica, 2 2 9 modificada com adições de alumina (Al O ) nas concentrações de 10, 20 e 33% em peso. Os pós de 2 3 BMO foram sintetizados pelo método convencional de reação em estado sólido e calcinação realiza- da a 600 °C. As fases presentes foram confirmadas por difração de raios-X com refinamento de Ri- etveld. Amostras prensadas em moldes cilíndricos foram sinterizadas a 640 °C. A caracterização di- elétrica foi realizada nos regimes de radiofrequência (RF) e micro-ondas (MW), considerando tam- bém a dependência térmica das propriedades para potencial aplicação em dispositivos eletrônicos nessas faixas. O objetivo principal foi o desenvolvimento de componentes dielétricos cerâmicos com baixa permissividade relativa, controle efetivo da porosidade, baixas perdas dielétricas, estabi- lidade térmica e desempenho otimizado em parâmetros relevantes como largura de banda, ganho e eficiência. Pelo método de Hakki–Coleman, observou-se que a permissividade relativa (εr) atingiu um valor máximo de 33,45 para o BMO puro, com densidade relativa de 89%, reduzindo-se siste- maticamente com o aumento da fração em massa de Al2O3, até 12,02 para 33% de adição. Por meio do método de Hakki–Coleman, a permissividade relativa máxima (εr) foi de 33,45 para BMO puro com densidade relativa de 89%, decrescendo sistematicamente com o aumento da concentração de Al O , alcançando 12,02 para 33% em peso. A tangente de perdas dielétricas (tg δ) aumentou de 2 3 7,14×10-4 a 2,35×10-3 com a maior fração de Al O . A estabilidade térmica foi otimizada na compo 2 3 - sição com 10% em massa de Al O , apresentando coeficiente de temperatura da frequência resso 2 3 - nante (τf) de 3,24 ppm·°C-1. Simulações de campo distante foram efetuadas com o software HFSS, demonstrando boa concordância com os dados experimentais. O desempenho das antenas ressona- doras dielétricas (ARD) baseadas nesses compósitos demonstrou alta eficiência (> 93%), baixos co- eficientes de reflexão (S11< -30dB) e aumento da frequência ressonante do modo HE11δ com o incre- mento da concentração de Al O . O compósito (BMO) 2 3 1−X:(Al O ) 2 3 X mostrou nas concentrações de 10% e 20% em peso aplicações em dispositivos de MW e RF, devido às suas propriedades dielétri- cas ajustáveis, estabilidade térmica e condução elétrica ativada termicamente.
Abstract: In the search for new high-performance materials for microwave and radio-frequency telecommuni- cation systems, with connectivity to various types of technologies, this work investigated the struc- tural and dielectric properties of the monoclinic Bi Mo O (BMO) ceramic matrix modified with 2 2 9 alumina (Al O ) additions at 10, 20, and 33 wt%. BMO powders were synthesized by the conventi 2 3 - onal solid-state reaction method and calcined at 600 °C. The phases present were confirmed by X- ray diffraction with Rietveld refinement. Cylindrical pressed samples were sintered at 640 °C. Die- lectric characterization was performed in the radiofrequency (RF) and microwave (MW) regimes, also considering the temperature dependence of the properties for potential application in electronic devices operating within these bands. The main objective was the development of ceramic dielectric components with low relative permittivity, effective porosity control, low dielectric loss, thermal stability, and optimized performance in key parameters such as bandwidth, gain, and efficiency. Using the Hakki–Coleman method, the relative permittivity (εr) showed a maximum value of 33.45 for pure BMO with a relative density of 89%, decreasing systematically with the increase in Al O2 3 mass fraction, down to 12.02 for 33% addition. The dielectric loss tangent (tan δ) increased from 7.14×10-4 to 2.35×10-3 with higher Al O content. Thermal stability was optimized in the compositi 2 3 - on with 10 wt% Al O , presenting a resonant frequency temperature coefficient (τ 2 3 f) of 3.24 ppm·°C-1. Far-field simulations were conducted using HFSS software, demonstrating good agree- ment with the experimental data. The performance of dielectric resonator antennas (DRA) based on these composites showed high efficiency (> 93%), low reflection coefficients (S11 < -30 dB), and an increase in the HE11δ mode resonant frequency with increasing Al O concentration. The (BMO) 2 3 1-X: (Al O ) 2 3 X composite showed applications in MW and RF devices at 10 and 20 wt% concentrations, due to its tunable dielectric properties, thermal stability, and thermally activated electrical conducti- on.
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/85891
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0002-4655-6747
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/3349493069653503
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-7822-2354
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1184349463710551
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0001-9461-9418
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/1492272488799613
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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