Tunable ceramic-polymer composites for electronic applications

• Autorzy: Pietrzak E. , Pawlikowska E. , Godziszewski K. , Yashchyshyn Y. , Szafran M.

Warianty tytułu

PL

Przestrajalne kompozyty ceramika-polimer w zastosowaniach elektronicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The ceramic-polymer composites presented in the paper have unusual properties. These materials can operate in a wide range of electromagnetic spectrum and consequently they can be potentially used in imaging techniques, chemical characterization, security systems, quality control and very high data rate communication systems. Microwave applications are widely understood as antennas and radiocommunication devices. Materials used to produce equipment operating at high frequencies, even subterahertz, must be subjected to restrictive verification. The most commonly used materials in radio technology are ferroelectrics. They are characterized by a high value of dielectric permeability. A typical example of ferroelectric material used and widely known is barium strontium titanate (abbr. BST), which is applied in microwave technology. Barium strontium titanate was prepared using solid-state synthesis process. The materials used in the fabrication were ceramic powders: BaCO3, SrCO3 and TiO2. Thanks to the combination of an elastic polymer and ceramic powder with ferroelectric properties, it is possible to use such a material in devices operating at a very high frequency. The commercial materials used in the research allow one to produce composites by the tape casting method and obtain antennas. Ferroelectric ceramic-polymer tapes based on doped and undoped ceramic powder with different BST stoichiometrics have been prepared. The tunability of samples prepared of pure and doped Ba0.65Sr0.35TiO3, Ba0.58Sr0.42TiO3 and Ba0.51Sr0.49TiO3 was measured. The relationship between the stoichiometry, or doped and undoped powder has been also found. It was observed that a higher ratio of Ba to Sr caused an increase in tunability values. Moreover, the addition of Ni2O3 to ceramic powder positively effected the tunability parameter.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe przedstawione w niniejszej pracy charakteryzują się niezwykłymi właściwościami. Materiały te posiadają zdolność pracy w szerokim spektrum elektromagnetycznym, dzięki czemu mogą być wykorzystywane w obrazowaniu materiałów, analizie chemicznej, systemach ochrony, kontroli jakości oraz w telekomunikacji intersatelitarnej. Zastosowania mikrofalowe są szeroko rozumianymi antenami oraz urządzeniami radiokomunikacyjnymi. Materiały wykorzystywane do otrzymywania urządzeń pracujących w wysokich częstotliwościach sub-THz są poddawane restrykcyjnej weryfikacji. Najbardziej powszechnymi materiałami używanymi w technologii radiowej są ferroelektryki. Charakteryzują się one bardzo wysoką wartością przenikalności dielektrycznej. Typowym przykładem materiału ferroelektrycznego jest powszechnie znany tytanian barowo-strontowy (BST). Proszek stosowany do badań syntezowany był w fazie stałej z następujących substratów: BaCO3, SrCO3 i TiO2. Charakterystyczne właściwości BST powodują, że stał się on kluczowym komponentem ceramicznej masy lejnej, która umożliwia, za pomocą metody tape casting, otrzymanie cienkich i elastycznych folii kompozytowych. Ferroelektryczne ceramiczno-polimerowe folie bazowały na czystych oraz domieszkowanych proszkach BST o różnym stosunku baru do strontu. Pomiary przestrajalności przeprowadzono dla proszków Ba0.65Sr0.35TiO3 i Ba0.58Sr0.42TiO3 z dodatkiem Ni2O3 oraz bez dodatku. Zaobserwowano zależność stechiometrii proszków oraz domieszki tlenku niklu na przestrajalność kształtek. Im większa zawartość Ba do Sr, tym wyższe wartości przestrajalności. Z badań wynika również, że pozytywny wpływ na przestrajanie ma dodatek 5% mol Ni2O3.

Słowa kluczowe

EN

tunability; ceramic-polymer composites; BST; barium strontium titanate; tape casting

PL

przestrajalność; kompozyty ceramika-polimer; BST; tytanian barowo-strontowy; tape casting

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 1
• Strony: 54--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pietrzak E.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Pawlikowska E.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Godziszewski K.

• Warsaw University of Technology, Institute of Radioelectronics, ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Yashchyshyn Y.

• Warsaw University of Technology, Institute of Radioelectronics, ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warsaw, Poland

autor

Szafran M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Osińska K., Yashchyshyn Y., Bernard H., Dzik J., Czekaj D., Kompozyty ceramiczno-polimerowe do zastosowań mikrofalowych, Materiały Ceramiczne 2012, 64, 1.
• [2] Batra A.K., Alim A., Currie James R., Aggarwal M.D., The electrical response of the modified lead titanate-based thick films, ScienceDirect, Physica B 2009, 404, 1905-1911.
• [3] Szafran M., Bobryk E., Yashchyshyn Y., Modelski J., Kompozyty ceramiczno-polimerowe dla zastosowań mikrofalowych, Polish Ceramic Bulletin, Ceramics 2003, 79, 203-211.
• [4] Balachandran R., Ong B.H., Wong H.Y., Tan K.B., Muhamad Rasat M., Dielectric characteristics of barium strontium titanate based metal insulator metal capacitor for dynamic random access memory cell, Int. J. Electrochem. Sci. 2012, 7, 11895-11903.
• [5] Osinska K., Czekaj D., Thermal behavior of BST//PVDF ceramic-polymer composites, J. Therm. Anal. Calorim. 2013, 113, 69-76.
• [6] Tao Hu, Jari Juuti, Heli Jantunen, Taisto Vilkman, Dielectric properties of BST/polymer composite, Journal of European Ceramic Society 2007, 27, 3997-4001.
• [7] Yashchyshyn Y., Modelski J., Rigorous analysis and investigations of the scan antennas on a ferroelectric substrate, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2005, Feb. 52, 2, 427-438.
• [8] Domenico M.D., Johnson D.A., Pantell R.H., Ferroelectric harmonic generator and the large-signal microwave characteristics of a ferroelectric ceramic, Journal of Applied Physics 1962, 33, 1697.
• [9] Godziszewski K., Yashchyshyn Y., Pawlikowska E., Szafran M., Investigations of tunability of ferroelectric ceramic-polymer composites, Proc. 20th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, 2014.
• [10] Godziszewski K., Yashchyshyn Y., Pawlikowska E., Bobryk E., Szafran M., Development and measurements of ferroelectric ceramic-polymer composites for Sub-THz range, 2013 7th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP).