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复杂化学键理论与晶格振动光谱学协同解析CaMgSi2O6基陶瓷的微波介电响应

批准号:
52102129
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李皓
依托单位:
学科分类:
功能陶瓷
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李皓

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
低介电常数的CaMgSi2O6基陶瓷在微波毫米波通信系统中有广泛的应用前景,其晶体结构演变对本征微波介电性能影响机理仍不够清晰。本项目借鉴透明陶瓷的制备方法,通过冷等静压成型、真空烧结和氧气氛退火等关键工艺步骤,制备高致密度且氧空位缺陷少的CaMgSi2O6基陶瓷,有效降低非本征因素对微波介电性能的影响;采取复杂化学键理论计算晶体结构中不同化学键特性,建立化学键特性与微波介电性能之间的关联,并结合拉曼、远红外光谱测试确定晶格振动对介电常数及介质损耗的贡献,从化学键和晶格振动层面解析CaMgSi2O6基的本征微波介电响应,获得通过晶体结构调控优化其微波介电性能的方法。相关研究结果将丰富微波电介质理论。
英文摘要
CaMgSi2O6-based ceramics with low dielectric constant have a wide range of application prospects in microwave and millimeter wave communication systems. However, the mechanism of crystal structure evolution on microwave dielectric properties is not clear enough yet. In this project, we can obtain CaMgSi2O6-based ceramics with high density and few oxygen vacancies defects which effectively eliminate the influence of non-intrinsic factors on microwave dielectric properties, using the preparation method of laser transparent ceramics, through the key process steps such as cold isostatic pressing, vacuum sintering and oxygen atmosphere annealing. Besides, the complex chemical bond theory is used to calculate chemical bond characteristics in crystal structure and establish the relationship between chemical bond characteristics and microwave dielectric properties. The contribution of lattice vibration to dielectric constant and dielectric loss is determined by Raman and far-infrared spectra. Then, the intrinsic microwave dielectric response of CaMgSi2O6-based ceramics can be analyzed by chemical bonds and lattice vibration. On this basis, the method of optimizing the microwave dielectric properties by crystal structure control will be obtained.The results will enrich the theory of microwave dielectric.
本项目针对CaMgSi2O6基陶瓷的本征微波介电性能调控机制进行了深入研究,重点探讨了陶瓷的制备方法、晶体结构演变以及微波介电响应规律。研究通过传统固相法成功制备了高致密度且缺陷少的CaMgSi2O6基陶瓷,为后续研究其本征微波介电性能提供了基础。通过结合复杂化学键理论和晶格振动光谱学的协同分析,揭示了CaMgSi2O6基陶瓷的晶体结构与其微波介电性能之间的关系,为微波介电材料的优化设计提供了理论依据。.首先,本项目研究了CaMgSi2O6基陶瓷的物相结构稳定区间及相结构演化规律。通过对A位(Ca)和B位(Mg)的离子取代,成功实现了组分设计,制备了具有不同离子取代比例的系列陶瓷(Ca1-xAx)(Mg1-yBy)Si2O6。研究表明,Sr2+离子能够成功取代Ca2+,形成稳定的无限固溶体;而Mn2+离子取代Mg2+后,只能形成有限固溶体,在高浓度下会生成第二相。通过不同的离子取代,建立该陶瓷的组成-结构-性能的关联模型。.其次,项目深入探索了CaMgSi2O6基陶瓷的高致密度且低缺陷的制备方法。研究发现,通过离子取代和适当的烧结工艺,可以显著提高陶瓷的致密度和减少气孔,最高相对密度可达到98%以上。通过控制A/B位阳离子的浓度和选择合适的烧结温度,成功制备出了超高致密的CaMgSi2O6基陶瓷,为其微波介电性能的优化奠定了基础。.最后,项目利用复杂化学键理论与晶格振动光谱学(如拉曼光谱)相结合,系统研究了CaMgSi2O6基陶瓷的本征微波介电响应。研究发现,CaMgSi2O6的微波介电性能与其晶体结构密切相关,尤其是与晶格振动模式的变化有关。例如,在Ca1-xSrxMgSi2O6陶瓷中,随着Sr2+取代量的增加,Ca位的振动模发生红移,表明晶格中化学键的强度发生变化。这些变化直接影响了陶瓷的微波介电响应,提供了微波介电性能调控的新思路。.综上所述,本项目通过系统研究CaMgSi2O6基陶瓷的晶体结构演化、致密化制备方法以及本征微波介电性能的调控机理,为优化微波介电材料提供了科学依据。研究成果不仅对CaMgSi2O6基陶瓷的应用具有重要意义,也为其他陶瓷材料的设计和性能优化提供了参考。
SrZnV2O7基陶瓷的晶体结构调控与微波介电性能优化研究
  • 批准号:
    2023JJ30138
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李皓
  • 依托单位:
钛铁矿结构MgTiO3基微波介质陶瓷的离子取代改性机理研究
  • 批准号:
    2018JJ3045
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李皓
  • 依托单位:
国内基金
海外基金