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层状电介质复合结构

李雷  
【摘要】:近年来,层状电介质复合结构因其在介电、铁电、压电、热释电等方面独特而有用的性质吸引了人们越来越多的关注。本论文研究了该领域的两个重要课题:层状电介质复合结构的微波介电特性及铁电特性。 首先,研究了共烧的MgTiO_3-CaTiO_3和MgTiO_3-SrTiO_3层状复合陶瓷在高频(1MHz)和微波频率下的介电特性。层状复合陶瓷在1MHz下的等效介电常数和介电常数温度系数符合串联模型,且两者仅取决于终端材料的体积百分含量,与叠层方式无关。而层状复合陶瓷在微波频率、TE_(011)谐振模式下的等效介电常数却偏离串联模型很远,且除了终端材料的体积百分含量,叠层方式对其也有显著影响。 将分别烧结的MgTiO_3和CaTiO_3陶瓷直接叠在一起,可构成“叠层介质谐振器”。研究发现,除了CaTiO_3的体积百分含量外,叠层方式和谐振模式对叠层介质谐振器的微波介电特性也有着显著的影响。有限单元分析能够精确预测叠层介质谐振器的微波介电特性,并揭示叠层方式和谐振模式的影响是由于电场分布的差异。这也是层状复合陶瓷在高频下和在微波频率、TE_(011)模式下介电行为不同的原因。 为了得到近零的谐振频率温度系数,研究了TE_(01δ)模式下的Ca(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Ba(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3叠层介质谐振器。对每种叠层方式,均可通过调节Ba(Zn(1/3)Nb_(2/3))O_3的体积百分含量同时得到高介电常数、高Qf值和近零的谐振频率温度系数。谐振频率温度系数近零时,Ba(Zn(1/3)Nb_(2/3))O_3的体积百分含量取决于叠层方式,而不同叠层方式对应的等效介电常数和Qf值却很接近。 考虑到实际应用,研究了用绝缘胶粘接的Ca(Mg(1/3)Nb_(2/3))O_3-Ba(Zn(1/3)Nb_(2/3))O_3叠层介质谐振器。绝缘胶对谐振频率、等效介电常数及谐振频率温度系数的影响很小,由其引起的Qf值的降低也在可接受的范围内。用绝缘胶粘接的叠层介质谐振器适于实际应用,是制备具有层状复合结构的微波介质谐振器的一种简单、有效的方法,并可以通过自由组合具有相反谐振频率温度系数的两种材料以达到微波介电性能的协调和优化。同时,配合有限单元分析,能够使此类谐振器的设计过程大大简化。 在接下来的工作中,通过有限单元分析对叠层介质谐振器进行了进一步的研


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