محققان دانشگاه تربیت مدرس به کمک روشی ساده و کم هزینه، موفق به تولید سرامیک‌های مایکرویو دی‌الکتریک با خواص دی‌الکتریک عالی و قابل استفاده در محیط‌هایی با دمای متغیر شدند.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، مریم باری، کارشناس ارشد مهندسی مواد از دانشگاه تربیت مدرس تهران و محقق طرح در این باره اظهار کرد: سرامیک‌های مایکرویو دی‌الکتریک نقش کلیدی در ارتباطات بی‌سیم ایفا می‌کنند. یکی از کاربردهای اصلی این سرامیک‌ها در ساخت قطعات ذخیره‌سازی انرژی، نوسان‌گرها و فیلترها برای انتقال اطلاعات مورد نظر از طریق امواج مایکرویو در سیستم‌های ارتباطاتی، سیستم حمل ونقل هوشمند و ارتباطات ماهواره‌ای است.

وی افزود: این مواد به دلیل کاهش اندازه و هزینه در تجهیزات نام‌برده، تحولی بزرگ ایجاد کرده است. یکی از مشکلات اساسی در کاربرد سرامیک‌های مایکرویو دی‌الکتریک این است که به طور هم‌زمان نمی‌توان ثابت نفوذپذیری و ضریب کیفیت بالا و همچنین ضریب دمایی فرکانس رزونانس نزدیک به صفر داشت.

باری تصریح کرد: تحقیقات فراوانی برای ارتقای خواص مایکرویو دی‌الکتریک سرامیک‌ها صورت گرفته است. در این مطالعه، سرامیک Li2ZnTi3O8 با استفاده از افزودنی ذرات دی‌اکسید تیتانیوم در دو محدوده اندازه‌ی نانو و میکرون ساخته شد تا تأثیر اندازه ذرات و درصد دی‌اکسید تیتانیوم به عنوان افزودنی بر روی دانسیته، ریزساختار و خواص مایکرویو دی‌الکتریک این سرامیک بررسی شود.

وی در ادامه افزود: ما تلاش کردیم تا با افزایش دانسیته‌ی کامپوزیت TiO2 -Li2ZnTi3O8 با استفاده از نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم به روشی جهت رفع مشکل ذکر شده دست یابیم. در واقع استفاده از نانوذرات، دانسیته‌ی نمونه را افزایش و دمای تف جوشی (سینتر) را کاهش می‌دهد. خواص سرامیک مایکرویو دی‌الکتریک به شدت تحت تأثیر دانسیته است. با افزایش دانسیته، ضریب نفوذپذیری و کیفیت سرامیک ارتقا می‌یابد. متأسفانه، سرامیک LZT دارای مقدار ضریب دمایی فرکانس رزونانس منفی است که کاربردش را محدود می‌کند. بنابراین، این مقدار باید به صفر نزدیک شود، در حالی که مقادیر ضریب نفوذپذیری و فاکتور کیفیت تغییری نکند که افزودن ذرات دی‌اکسید تیتانیوم این مشکل را حل کرده است.

وی خاطرنشان کرد: در این بررسی، افزودن نانوذرات، به طور قابل ملاحظه‌ای دانسیته را بهبود داده و یک ریزساختار متراکم و یکنواخت را ایجاد می‌کند. به عبارتی، استفاده از نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم تخلخل را کاهش داده و منجر به افزایش دانسیته‌ی خام شده است. این افزایش دانسیته منجر به ارتقای ثابت دی‌الکتریک و ضریب کیفیت می‌شود و از طرفی سرامیک پایدار حرارتی با ضریب دمایی فرکانس رزونانس نزدیک به صفر تولید می‌کند.

محقق طرح با بیان این که این نتایج در مقایسه با پژوهش‌های قبلی بسیار ارزنده و جدید است، گفت: مطالعات گذشته نشان داده که با افزایش پودر دی‌اکسید تیتانیوم به سرامیکLZT، مقدار به سمت صفر می‌رود که گزینه‌ی مطلوبی است. با این حال ضریب کیفیت این کامپوزیت به طور چشمگیری کاهش می‌یافت. درنتیجه، به دلیل ضریب کیفیت پایین‌تر این کامپوزیت‌ها در مقایسه با سرامیکLZT، عملکرد محصول نهایی افت می‌کرد. اما، تأثیر اندازه ذرات دی‌اکسید تیتانیوم، بویژه با ابعاد نانوذره، هنوز بررسی نشده بود.

این محققان برای بررسی این موضوع، سرامیک‌های مایکرویو دی الکتریک با ترکیب چهار درصد وزنی را از پودر دی‌اکسید تیتانیوم به روش واکنش حالت جامد متداول سنتز کرده‌اند. برای این منظور، پودر دی‌اکسید تیتانیوم را با اندازه ذرات مختلف (نانوذرات 50 نانومتری و پودر با اندازه میکرون) به سرامیک LZT اضافه کرده و تأثیر اندازه ذرات را به عنوان افزودنی بر روی دانسیته، ریزساختار و خواص مایکرویو دی‌الکتریک این سرامیک بررسی کرده‌اند.

به گفته باری، این سرامیک‌ها که در مرحله‌ی آزمایشگاهی است، با مواد اولیه‌ی ارزان و در دسترس ساخته شده و در صنایع مخابرات و ارتباطات قابل کاربرد است.

نتایج این تحقیقات که حاصل همکاری مریم باری، دکتر احسان طاهری نساج عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس تهران و حمید تقی پور ارمکی، کارشناس ارشد مهندسی مواد است، در مجله American Ceramic Society منتشر شده است.