Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2011 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
Texto Completo: | http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/09.22.14.39 |
Resumo: | O crescente desenvolvimento das telecomunicações impulsiona a pesquisa por novas tecnologias que possibilitam o aprimoramento do desempenho dos equipamentos. Cerâmicas dielétricas encontram aplicação como ressoadores dielétricos (RDs) em sistemas de comunicação que operam em frequências de microondas. Para a construção de um ressoador dielétrico (RD) é necessário um conjunto singular de propriedades: valor alto da constante dielétrica, perdas dielétricas baixas e a estabilidade da frequência com a temperatura. As propriedades dielétricas de um ressoador estão relacionadas às suas características macroscópicas (forma e dimensão) e microscópicas (composição química, estrutura cristalina, microestrutura, polarizabilidade e condutividade). Este trabalho apresenta uma investigação da correlação entre as propriedades dielétricas, as características da microestrutura e das fases cristalinas de cerâmicas do sistema ZnO-Nb$_2$O$_5$-TiO$_2$ produzidas a partir de misturas de pós do óxido de zinco, óxido de nióbio e óxido de titânio (com TiO$_2$ nas estruturas cristalinas anatásio e rutílio). Com o objetivo de otimizar as propriedades dielétricas, foi investigada a influência da adição de pequenas quantidades de óxido de gálio (0,1; 1,0 e 2,0\% em mol de Ga$_2$O$_3$) e de óxido de cobalto (0,1 e 1,0\% em mol de CoO). As cerâmicas foram obtidas pelo uso de uma rota nova de processamento, na qual a sintetização dos compostos químicos e a sinterização foram realizadas em uma única etapa. Para isto, foram feitas as misturas dos pós, a seguir foram compactadas por prensagem (uniaxial 100 MPa e isostática - 300 MPa) e sinterizadas via reação no estado sólido, em temperatura de 1100 a 1375 °C. As cerâmicas sinterizadas foram caracterizadas quanto à densidade, fases cristalinas presentes e microestrutura. Estas cerâmicas foram caracterizadas quanto às suas propriedades dielétricas em microondas. Os resultados obtidos permitem concluir que cerâmicas dielétricas do sistema ZnO-Nb2O5-TiO$_2$, obtidas a partir de TiO$_2$ na estrutura cristalina anatásio, com e sem a adição de Ga$_2$O$_3$ apresentaram valores de constante dielétrica e de fator de qualidade adequados para o seu uso como ressoadores dielétricos em microondas. No entanto, os valores altos de coeficiente térmico da frequência de ressonância. Este resultado indica que, apesar dos valores satisfatórios de constante dielétrica e de fator de qualidade, estes RDs precisam ainda ser melhorados para aplicações espaciais em circuitos de microondas. |
id |
INPE_03b3b6243121e3a3d35923ec38936188 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m19/2011/09.22.14.39.08-0 |
network_acronym_str |
INPE |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
spelling |
info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisEstudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciaisA study of microwave dielectric properties of ZnO-Nb2O5-TiO2 ceramic system for applications in space communicatios2011-08-29Maria do Carmo de Andrade NonoPedro José de CastroJosé Vitor Cândido de SouzaFrancisco Cristóvão Lourenço de MeloPedro José PompéiaElizete Gonçalves Lopes RangelInstituto Nacional de Pesquisas EspaciaisPrograma de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e SensoresINPEBRressoador dielétricoconstante dielétricafator de qualidademicroestruturadieletric resonatordieletric dieletric constantquality factormicrostructureO crescente desenvolvimento das telecomunicações impulsiona a pesquisa por novas tecnologias que possibilitam o aprimoramento do desempenho dos equipamentos. Cerâmicas dielétricas encontram aplicação como ressoadores dielétricos (RDs) em sistemas de comunicação que operam em frequências de microondas. Para a construção de um ressoador dielétrico (RD) é necessário um conjunto singular de propriedades: valor alto da constante dielétrica, perdas dielétricas baixas e a estabilidade da frequência com a temperatura. As propriedades dielétricas de um ressoador estão relacionadas às suas características macroscópicas (forma e dimensão) e microscópicas (composição química, estrutura cristalina, microestrutura, polarizabilidade e condutividade). Este trabalho apresenta uma investigação da correlação entre as propriedades dielétricas, as características da microestrutura e das fases cristalinas de cerâmicas do sistema ZnO-Nb$_2$O$_5$-TiO$_2$ produzidas a partir de misturas de pós do óxido de zinco, óxido de nióbio e óxido de titânio (com TiO$_2$ nas estruturas cristalinas anatásio e rutílio). Com o objetivo de otimizar as propriedades dielétricas, foi investigada a influência da adição de pequenas quantidades de óxido de gálio (0,1; 1,0 e 2,0\% em mol de Ga$_2$O$_3$) e de óxido de cobalto (0,1 e 1,0\% em mol de CoO). As cerâmicas foram obtidas pelo uso de uma rota nova de processamento, na qual a sintetização dos compostos químicos e a sinterização foram realizadas em uma única etapa. Para isto, foram feitas as misturas dos pós, a seguir foram compactadas por prensagem (uniaxial 100 MPa e isostática - 300 MPa) e sinterizadas via reação no estado sólido, em temperatura de 1100 a 1375 °C. As cerâmicas sinterizadas foram caracterizadas quanto à densidade, fases cristalinas presentes e microestrutura. Estas cerâmicas foram caracterizadas quanto às suas propriedades dielétricas em microondas. Os resultados obtidos permitem concluir que cerâmicas dielétricas do sistema ZnO-Nb2O5-TiO$_2$, obtidas a partir de TiO$_2$ na estrutura cristalina anatásio, com e sem a adição de Ga$_2$O$_3$ apresentaram valores de constante dielétrica e de fator de qualidade adequados para o seu uso como ressoadores dielétricos em microondas. No entanto, os valores altos de coeficiente térmico da frequência de ressonância. Este resultado indica que, apesar dos valores satisfatórios de constante dielétrica e de fator de qualidade, estes RDs precisam ainda ser melhorados para aplicações espaciais em circuitos de microondas.The recent growing of telecommunications stimulates the research for new technologies which can provide the improvement of equipment performance.Dielectric ceramics have found application as dielectric resonator in telecommunications systems which operate at microwave frequencies. A singular set of properties is required for a dielectric resonator manufacture: high dielectric constant, low dielectric loss and temperature stability of resonant frequency. The dielectric properties of a resonator are related to its macroscopic characteristics (shape and dimension) and microscopic (chemical composition, crystalline structure, microstructure, polarizability and conductivity). This work presents a research about correlation between dielectric properties, microstructural properties and crystalline phases of ceramic of ZnO-Nb$_2$O$_5$-TiO$_2$ system, produced from a mixture of zinc oxide, niobium oxide and titanium oxide. With the purpose of improving dielectric properties, the influence of small addiction of gallium oxide was investigated, aiming at obtaining sinterized ceramic with high density (low porosity). The ceramics were obtained by a new processing route, in which both the synthesis of chemical compounds and the sintering were performed in only one step. For this, the powder mixture was compacted by pressing (uniaxial - 100 MPa and isostatic - 300 MPa) and was sintered by solid state reaction, at temperatures from 1100 to 1375 °C. The sintered ceramics were characterized in terms of density, crystalline phases, microstructure, and dielectric properties. The results have demonstrate that dielectric ceramic obtained from the system ZnO-Nb$_2$O5-TiO$_2$, processed from anatase crystalline structure, with and without the addition of Ga$_2$O$_3$ presented values of dielectric constant and quality factor suitable for the construction of dielectric resonator at microwave frequencies. However, the high values of thermal coefficient of resonant frequency were far from zero value, considered ideal. This result indicate that, despite the satisfactory values of dielectric constant and quality factor, even so these dielectric resonators have to be improved for space application in microwave circuits.http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/09.22.14.39info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:53:39Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m19/2011/09.22.14.39.08-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:53:41.434Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false |
dc.title.pt.fl_str_mv |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
dc.title.alternative.en.fl_str_mv |
A study of microwave dielectric properties of ZnO-Nb2O5-TiO2 ceramic system for applications in space communicatios |
title |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
spellingShingle |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais Elizete Gonçalves Lopes Rangel |
title_short |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
title_full |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
title_fullStr |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
title_full_unstemmed |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
title_sort |
Estudos das propriedades dielétricas em micro-ondas de cerâmicas dos sistema ZnO-Nb2O5-TiO2 para aplicações em comunicações espaciais |
author |
Elizete Gonçalves Lopes Rangel |
author_facet |
Elizete Gonçalves Lopes Rangel |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Maria do Carmo de Andrade Nono |
dc.contributor.advisor2.fl_str_mv |
Pedro José de Castro |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
José Vitor Cândido de Souza |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Francisco Cristóvão Lourenço de Melo |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
Pedro José Pompéia |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Elizete Gonçalves Lopes Rangel |
contributor_str_mv |
Maria do Carmo de Andrade Nono Pedro José de Castro José Vitor Cândido de Souza Francisco Cristóvão Lourenço de Melo Pedro José Pompéia |
dc.description.abstract.por.fl_txt_mv |
O crescente desenvolvimento das telecomunicações impulsiona a pesquisa por novas tecnologias que possibilitam o aprimoramento do desempenho dos equipamentos. Cerâmicas dielétricas encontram aplicação como ressoadores dielétricos (RDs) em sistemas de comunicação que operam em frequências de microondas. Para a construção de um ressoador dielétrico (RD) é necessário um conjunto singular de propriedades: valor alto da constante dielétrica, perdas dielétricas baixas e a estabilidade da frequência com a temperatura. As propriedades dielétricas de um ressoador estão relacionadas às suas características macroscópicas (forma e dimensão) e microscópicas (composição química, estrutura cristalina, microestrutura, polarizabilidade e condutividade). Este trabalho apresenta uma investigação da correlação entre as propriedades dielétricas, as características da microestrutura e das fases cristalinas de cerâmicas do sistema ZnO-Nb$_2$O$_5$-TiO$_2$ produzidas a partir de misturas de pós do óxido de zinco, óxido de nióbio e óxido de titânio (com TiO$_2$ nas estruturas cristalinas anatásio e rutílio). Com o objetivo de otimizar as propriedades dielétricas, foi investigada a influência da adição de pequenas quantidades de óxido de gálio (0,1; 1,0 e 2,0\% em mol de Ga$_2$O$_3$) e de óxido de cobalto (0,1 e 1,0\% em mol de CoO). As cerâmicas foram obtidas pelo uso de uma rota nova de processamento, na qual a sintetização dos compostos químicos e a sinterização foram realizadas em uma única etapa. Para isto, foram feitas as misturas dos pós, a seguir foram compactadas por prensagem (uniaxial 100 MPa e isostática - 300 MPa) e sinterizadas via reação no estado sólido, em temperatura de 1100 a 1375 °C. As cerâmicas sinterizadas foram caracterizadas quanto à densidade, fases cristalinas presentes e microestrutura. Estas cerâmicas foram caracterizadas quanto às suas propriedades dielétricas em microondas. Os resultados obtidos permitem concluir que cerâmicas dielétricas do sistema ZnO-Nb2O5-TiO$_2$, obtidas a partir de TiO$_2$ na estrutura cristalina anatásio, com e sem a adição de Ga$_2$O$_3$ apresentaram valores de constante dielétrica e de fator de qualidade adequados para o seu uso como ressoadores dielétricos em microondas. No entanto, os valores altos de coeficiente térmico da frequência de ressonância. Este resultado indica que, apesar dos valores satisfatórios de constante dielétrica e de fator de qualidade, estes RDs precisam ainda ser melhorados para aplicações espaciais em circuitos de microondas. |
dc.description.abstract.eng.fl_txt_mv |
The recent growing of telecommunications stimulates the research for new technologies which can provide the improvement of equipment performance.Dielectric ceramics have found application as dielectric resonator in telecommunications systems which operate at microwave frequencies. A singular set of properties is required for a dielectric resonator manufacture: high dielectric constant, low dielectric loss and temperature stability of resonant frequency. The dielectric properties of a resonator are related to its macroscopic characteristics (shape and dimension) and microscopic (chemical composition, crystalline structure, microstructure, polarizability and conductivity). This work presents a research about correlation between dielectric properties, microstructural properties and crystalline phases of ceramic of ZnO-Nb$_2$O$_5$-TiO$_2$ system, produced from a mixture of zinc oxide, niobium oxide and titanium oxide. With the purpose of improving dielectric properties, the influence of small addiction of gallium oxide was investigated, aiming at obtaining sinterized ceramic with high density (low porosity). The ceramics were obtained by a new processing route, in which both the synthesis of chemical compounds and the sintering were performed in only one step. For this, the powder mixture was compacted by pressing (uniaxial - 100 MPa and isostatic - 300 MPa) and was sintered by solid state reaction, at temperatures from 1100 to 1375 °C. The sintered ceramics were characterized in terms of density, crystalline phases, microstructure, and dielectric properties. The results have demonstrate that dielectric ceramic obtained from the system ZnO-Nb$_2$O5-TiO$_2$, processed from anatase crystalline structure, with and without the addition of Ga$_2$O$_3$ presented values of dielectric constant and quality factor suitable for the construction of dielectric resonator at microwave frequencies. However, the high values of thermal coefficient of resonant frequency were far from zero value, considered ideal. This result indicate that, despite the satisfactory values of dielectric constant and quality factor, even so these dielectric resonators have to be improved for space application in microwave circuits. |
description |
O crescente desenvolvimento das telecomunicações impulsiona a pesquisa por novas tecnologias que possibilitam o aprimoramento do desempenho dos equipamentos. Cerâmicas dielétricas encontram aplicação como ressoadores dielétricos (RDs) em sistemas de comunicação que operam em frequências de microondas. Para a construção de um ressoador dielétrico (RD) é necessário um conjunto singular de propriedades: valor alto da constante dielétrica, perdas dielétricas baixas e a estabilidade da frequência com a temperatura. As propriedades dielétricas de um ressoador estão relacionadas às suas características macroscópicas (forma e dimensão) e microscópicas (composição química, estrutura cristalina, microestrutura, polarizabilidade e condutividade). Este trabalho apresenta uma investigação da correlação entre as propriedades dielétricas, as características da microestrutura e das fases cristalinas de cerâmicas do sistema ZnO-Nb$_2$O$_5$-TiO$_2$ produzidas a partir de misturas de pós do óxido de zinco, óxido de nióbio e óxido de titânio (com TiO$_2$ nas estruturas cristalinas anatásio e rutílio). Com o objetivo de otimizar as propriedades dielétricas, foi investigada a influência da adição de pequenas quantidades de óxido de gálio (0,1; 1,0 e 2,0\% em mol de Ga$_2$O$_3$) e de óxido de cobalto (0,1 e 1,0\% em mol de CoO). As cerâmicas foram obtidas pelo uso de uma rota nova de processamento, na qual a sintetização dos compostos químicos e a sinterização foram realizadas em uma única etapa. Para isto, foram feitas as misturas dos pós, a seguir foram compactadas por prensagem (uniaxial 100 MPa e isostática - 300 MPa) e sinterizadas via reação no estado sólido, em temperatura de 1100 a 1375 °C. As cerâmicas sinterizadas foram caracterizadas quanto à densidade, fases cristalinas presentes e microestrutura. Estas cerâmicas foram caracterizadas quanto às suas propriedades dielétricas em microondas. Os resultados obtidos permitem concluir que cerâmicas dielétricas do sistema ZnO-Nb2O5-TiO$_2$, obtidas a partir de TiO$_2$ na estrutura cristalina anatásio, com e sem a adição de Ga$_2$O$_3$ apresentaram valores de constante dielétrica e de fator de qualidade adequados para o seu uso como ressoadores dielétricos em microondas. No entanto, os valores altos de coeficiente térmico da frequência de ressonância. Este resultado indica que, apesar dos valores satisfatórios de constante dielétrica e de fator de qualidade, estes RDs precisam ainda ser melhorados para aplicações espaciais em circuitos de microondas. |
publishDate |
2011 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2011-08-29 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
status_str |
publishedVersion |
format |
doctoralThesis |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/09.22.14.39 |
url |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/09.22.14.39 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
INPE |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
publisher.none.fl_str_mv |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE instname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) instacron:INPE |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
instname_str |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
instacron_str |
INPE |
institution |
INPE |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
publisher_program_txtF_mv |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores |
contributor_advisor1_txtF_mv |
Maria do Carmo de Andrade Nono |
_version_ |
1706809353284091904 |