钛酸钡基材料的射频负介机理研究
发布时间：2021-12-10 19:34
电磁场/波是信息和能量的常见形式。影响“材料-电磁”相互作用的基本物性参数之一是介电常数（ε）。材料在交流或射频频段的介电常数一直被认为正值,就低介而言,相关绝缘介质只能接近而无法达到空气的介电常数（ε～1）。介电常数更“低”,甚至进一步为负则被视为超常性能,曾经被认为是不可能实现的性能。实际上,在各种电子器件所对应的特定频段,材料介电常数可以为负。近年来,负介材料的谐振、频散、损耗等相关特性和局域场、表面波等新颖性能越来越被深入认识。与正介材料相比,负介材料和电磁场的相互作用发生根本性变化,负介材料已经和正在催生天线、雷达、隐身、储能、传感、晶体管等领域许多变革性技术。负介性能最早在人工阵列超材料中观察到。事实上,负介性能也可以基于材料本征特性实现。在常规材料中实现负介性能,其机理与人工结构超材料类似,因而属于超材料范畴。经过十几年的研究,负介材料的很多现象和规律已经明确。但是,如何结合研究比较透彻的“正介”电介质理解负介材料?负介机理有哪些类型?负介材料的组分设计有何依据?基于这些考虑,本文以钛酸钡基材料这种常见电介质为研究对象,以物理现象比较丰富的逾渗复合为主要手段,在国内外研究...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１电介质的在Ｌｏｒｅｎｔｚ介电谐振附近的介电常数（实部与虚部）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｌｏｒｅｎｔｚ－ｔｙｐｅ?ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ?（ｒｅａｌ?ａｎｄ?ｉｍａｇｉｎａｒｙ?ｐａｒｔ）?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??
?山东大学博士学位论文???推出交流电导率的表达式为：??？，?Ｎｅ２??２Ｊ〇?２ｍ?Ｊ６）Ｓｆ＼?ｄ－１５）??ａ０?－ｃｏ?＋?ｊａｙ?ｏ０?－?ａ?＋?ｊｃｏｙ??结合＞／?＝?ｐｖ＝ｉＶｅｖ?＝?Ａ＾／ｔｙｘ和式（１－５），可以得到下式：??Ｐ?＝?ｊ／ｊｃｏ?＝?（ｃｊ（ｃ〇）／ｊ（〇）Ｅ?（１－１６）??由于Ｄ?＝?％五＋尸＝?五，将式（１－１６）带入后得到：＃？）－￡。＝〇＂（似）／＞，进一??步变换后可以得到介电常数与电导率的一般表达式：??剩，＋迦?（１－１７）??在导体中，〇；０＝０，结合（１－１５）和（１－１７），得到导体的介电常数表达式为：??？）＝？－爲?（１＇１８）??该式也被定义为导体的Ｄｒｕｄｅ介电模型［１８］，进一步得到相对介电常数的表达式??为式（１－１９）。绘制后，得到Ｄｒｎｄｅ型介电常数曲线图，如图１－２所示。??２??？）?＝?１＿?点?（１４９）??Ｖ?／?＜??ｃｏ??图１－２良导体的Ｄｒｕｄｅ模型介电常数（实部与虚部）示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｄｒｕｄｅ－ｔｙｐｅ?ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ?（ｒｅａｌ?ａｎｄ?ｉｍａｇｉｎａｒｙ?ｐａｒｔ）?ｏｆ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ??５??
?山东大学博士学位论文???填料的形貌、分布、含量、电导率等参数对负介电的实现和数值大小的调控具有??显著的影响［２３，２４］。??（ａ）?一?（ｂ）ｎ??ＬＬＬＬ??导电填料含量?导电填料含量??图１－３逾渗复合材料中电导率（ａ）和介电常数（ｂ）随着导体填料含量变化趋势示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ?（ｂ）?ｏｆ?ｐｅｒｃｏｌａｔｉｎｇ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ａｓ?ａ??ｆＵｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｆｉｌｌｅｒ’ｓ?ｃｏｎｔｅｎｔ??导体／绝缘体逾渗复合材料为射频负介材料提供了丰富的材料体系。一般导??体可以为金属或导电碳材料，绝缘基体可以为陶瓷或者树脂。近年来，在陶瓷基??逾渗复合材料和树脂基逾渗复合材料中均报道了负介电性能。Ｓｈｉ［１５］等人在制备??了?Ｎｉ／Ａｈ〇３复合材料，当Ｎｉ的含量达到３１ｗｔ％时，表现出负介电常数，随着Ｎｉ??的含量进一步增加至３５?ｗｔ％，在整个测试频段１０?ＭＨｚ－１?ＧＨｚ表现为负介电常??数，负介电数值较大，约为－１０５?（图ｌ－４ａ）。Ｃｈｅｎｇ％等人通过浸渍－碳化的方法在??Ｓｉ３Ｎ４基体中负载蔗糖，进一步碳化得到无定形导电碳网络，并在ｌＯＭＨｚ－ｌＧＨｚ??获得较低的负介电数值，约为－１０２?（图ｌ－４ｂ）。Ｔｓｕｔａｏｋａ等人在聚苯硫醚（ＰＰＳ）基??体中添加Ｃｕ［２６］、Ｃｏ［２７］、Ｆｅ５〇Ｃｏ５〇合金［２８］等导电填料，在ｌＧＨｚ－１０ＧＨｚ获得了一??系列负介电性能。研究表明片状比球状的导电填料更易在较低的含量下实现负介??电性能，并证实
【参考文献】：
期刊论文
[1]负介材料:超材料的分支[J]. 范润华. 中国材料进展. 2019(04)
[2]大功率微波真空管用氮化铝基高导热微波吸收材料[J]. 于亮,周武平,熊宁,吕大铭. 真空电子技术. 2008(02)
[3]氮化铝基微波衰减材料的研究进展[J]. 石明,鲁燕萍. 硅酸盐通报. 2005(06)
博士论文
[1]负介材料的异质复合构筑与性能调控[D]. 解培涛.山东大学 2019
[2]铁氧体逾渗复合材料的超常电磁性能[D]. 陈敏.山东大学 2018
[3]陶瓷基逾渗复合材料的弱负介电性能调控[D]. 程传兵.山东大学 2018
[4]基于BiFeO3材料的性能调控及其在超材料中的应用研究[D]. 李强.电子科技大学 2018
[5]异质复合材料的原位制备与双负性能[D]. 孙凯.山东大学 2017
[6]零折射率材料的性质与应用研究[D]. 罗杰.苏州大学 2016
[7]锰酸锶镧的掺杂改性与双负机理[D]. 燕克兰.山东大学 2015
硕士论文
[1]硅基负电容场效应晶体管研究和制备[D]. 李庆龙.西安电子科技大学 2018
本文编号：3533262
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１电介质的在Ｌｏｒｅｎｔｚ介电谐振附近的介电常数（实部与虚部）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｌｏｒｅｎｔｚ－ｔｙｐｅ?ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ?（ｒｅａｌ?ａｎｄ?ｉｍａｇｉｎａｒｙ?ｐａｒｔ）?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??
?山东大学博士学位论文???推出交流电导率的表达式为：??？，?Ｎｅ２??２Ｊ〇?２ｍ?Ｊ６）Ｓｆ＼?ｄ－１５）??ａ０?－ｃｏ?＋?ｊａｙ?ｏ０?－?ａ?＋?ｊｃｏｙ??结合＞／?＝?ｐｖ＝ｉＶｅｖ?＝?Ａ＾／ｔｙｘ和式（１－５），可以得到下式：??Ｐ?＝?ｊ／ｊｃｏ?＝?（ｃｊ（ｃ〇）／ｊ（〇）Ｅ?（１－１６）??由于Ｄ?＝?％五＋尸＝?五，将式（１－１６）带入后得到：＃？）－￡。＝〇＂（似）／＞，进一??步变换后可以得到介电常数与电导率的一般表达式：??剩，＋迦?（１－１７）??在导体中，〇；０＝０，结合（１－１５）和（１－１７），得到导体的介电常数表达式为：??？）＝？－爲?（１＇１８）??该式也被定义为导体的Ｄｒｕｄｅ介电模型［１８］，进一步得到相对介电常数的表达式??为式（１－１９）。绘制后，得到Ｄｒｎｄｅ型介电常数曲线图，如图１－２所示。??２??？）?＝?１＿?点?（１４９）??Ｖ?／?＜??ｃｏ??图１－２良导体的Ｄｒｕｄｅ模型介电常数（实部与虚部）示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｄｒｕｄｅ－ｔｙｐｅ?ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ?（ｒｅａｌ?ａｎｄ?ｉｍａｇｉｎａｒｙ?ｐａｒｔ）?ｏｆ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ??５??
?山东大学博士学位论文???填料的形貌、分布、含量、电导率等参数对负介电的实现和数值大小的调控具有??显著的影响［２３，２４］。??（ａ）?一?（ｂ）ｎ??ＬＬＬＬ??导电填料含量?导电填料含量??图１－３逾渗复合材料中电导率（ａ）和介电常数（ｂ）随着导体填料含量变化趋势示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ?（ｂ）?ｏｆ?ｐｅｒｃｏｌａｔｉｎｇ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ａｓ?ａ??ｆＵｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｆｉｌｌｅｒ’ｓ?ｃｏｎｔｅｎｔ??导体／绝缘体逾渗复合材料为射频负介材料提供了丰富的材料体系。一般导??体可以为金属或导电碳材料，绝缘基体可以为陶瓷或者树脂。近年来，在陶瓷基??逾渗复合材料和树脂基逾渗复合材料中均报道了负介电性能。Ｓｈｉ［１５］等人在制备??了?Ｎｉ／Ａｈ〇３复合材料，当Ｎｉ的含量达到３１ｗｔ％时，表现出负介电常数，随着Ｎｉ??的含量进一步增加至３５?ｗｔ％，在整个测试频段１０?ＭＨｚ－１?ＧＨｚ表现为负介电常??数，负介电数值较大，约为－１０５?（图ｌ－４ａ）。Ｃｈｅｎｇ％等人通过浸渍－碳化的方法在??Ｓｉ３Ｎ４基体中负载蔗糖，进一步碳化得到无定形导电碳网络，并在ｌＯＭＨｚ－ｌＧＨｚ??获得较低的负介电数值，约为－１０２?（图ｌ－４ｂ）。Ｔｓｕｔａｏｋａ等人在聚苯硫醚（ＰＰＳ）基??体中添加Ｃｕ［２６］、Ｃｏ［２７］、Ｆｅ５〇Ｃｏ５〇合金［２８］等导电填料，在ｌＧＨｚ－１０ＧＨｚ获得了一??系列负介电性能。研究表明片状比球状的导电填料更易在较低的含量下实现负介??电性能，并证实
【参考文献】：
期刊论文
[1]负介材料:超材料的分支[J]. 范润华. 中国材料进展. 2019(04)
[2]大功率微波真空管用氮化铝基高导热微波吸收材料[J]. 于亮,周武平,熊宁,吕大铭. 真空电子技术. 2008(02)
[3]氮化铝基微波衰减材料的研究进展[J]. 石明,鲁燕萍. 硅酸盐通报. 2005(06)
博士论文
[1]负介材料的异质复合构筑与性能调控[D]. 解培涛.山东大学 2019
[2]铁氧体逾渗复合材料的超常电磁性能[D]. 陈敏.山东大学 2018
[3]陶瓷基逾渗复合材料的弱负介电性能调控[D]. 程传兵.山东大学 2018
[4]基于BiFeO3材料的性能调控及其在超材料中的应用研究[D]. 李强.电子科技大学 2018
[5]异质复合材料的原位制备与双负性能[D]. 孙凯.山东大学 2017
[6]零折射率材料的性质与应用研究[D]. 罗杰.苏州大学 2016
[7]锰酸锶镧的掺杂改性与双负机理[D]. 燕克兰.山东大学 2015
硕士论文
[1]硅基负电容场效应晶体管研究和制备[D]. 李庆龙.西安电子科技大学 2018
本文编号：3533262
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