Registration Number
0821U100114, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
19-01-2021
popup.evolution
.
Title
Microwave ferrites and composite resonance elements based on them with controlled properties
Author
Fedorchuk Oleksandr P.,
popup.head Belous Anatolii Grigorievich
popup.opponent Ragulya Andrii V.
popup.opponent Semikina Tetyana V.
popup.review Verbytskyi Volodymyr
popup.review Orlov Anatolii
popup.rada
National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
Description
Дисертаційна робота присвячена розробці методики синтезу нанорозмірних феримагнітних матеріалів зі структурою гранату та шпінелі при синтезі методом осадження з водних розчинів та розробці магнітокерованих композиційних резонансних елементів, які складаються з немагнітного високодобротного діелектричного резонатора та магнітної плівки на основі синтезованих магнітних наночастинок й можуть бути використані в якості невзаємних елементів (вентилі, циркулятори, фазообертачі), у системах безпровідного зв’язку: GSM, Wi-Fi, 5G, в радарних системах.
В дисертації було синтезовано феритові матеріали методом співосадження з водних розчинів при постійному значенні рН. При синтезі фериту зі структурою гранату Y3AlFe4O12 використовувались чотири методики, пов’язані з порядком осадження гідроксидів відповідних металів. Проведені порівняльні дослідження властивостей синтезованих наночастинок феритів зі структурою гранату Y3AlFe4O12, показано вплив порядку осадження металів в процесі синтезу на швидкість формування кристалічної структури фериту, властивості наночастинок та технологічність процесу осадження. Дослідження отриманих частинок показали, що вказані модифікації процесу синтезу сильно впливають на коефіцієнт фільтрації, від якого залежить час процесу фільтрації та відмивки частинок від небажаних продуктів реакцій (йонів Na+). При одночасному осадженні гідроксидів Fe та Al коефіцієнт фільтрації зріс втричі у порівнянні з випадком одночасного осадження всіх металів. Відмивання частинок проводилось для усунення йонів натрію в продукті, оскільки вони збільшують втрати на високих частотах.
На основі синтезованих частинок отримана феритова кераміка. Завдяки властивостям синтезованих частинок феритів стало можливим спікання кераміки за температури 1350-1400оС, що на 100-150 оС нижче від температур, які, як правило, використовують при спіканні феритової кераміки із структурою гранату. Це дозволяє знизити вимоги до необхідного обладнання для спікання. Всі синтезовані керамічні зразки мають високу густину, схожі електрофізичні параметри, однак за шириною феромагнітного резонансу (ФМР) найкращими є зразки, виготовлені з частинок, отриманих при одночасному осадженні гідроксидів Fe та Al (методики 3, 4). Найбільш рівномірним розподіл атомів металів виявився для кераміки виготовленої з частинок, отриманих синтезом за методикою 3. При цьому дослідження магнітних властивостей свідчать, що намагніченість та коерцитивна сила для усіх зразків кераміки мало відрізняється, незважаючи на різницю в намагніченості частинок. Дана інформація свідчить, що структура гранату при термообробці, скоріше формується при використані частинок синтезованих за методикою №3.
Методом осадження з водних розчинів було синтезовано ферити зі структурою шпінелі Ni1-xZnxFe2O4, x = 0; 0,25; 0,5; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 0,95; 1. Дослідження показали, що найвищу намагніченість мають частинки фериту складу Ni0,5Zn0,5Fe2O4. З використанням синтезованих частинок феритів зі структурою шпінелі Ni0,5Zn0,5Fe2O4 було виготовлено магнітокеровані композиційні резонатори у вигляді резонатора на основі BaTi4O9–ZnO резонатора з нанесеною на торець плівкою, яка складалась із нанорозмірних частинок фериту та фотополімеру. Плівки полімеризувались під дією ультрафіолетового (УФ) світла. Проводилась оптимізація товщини магнітних плівок. Вперше досліджено електрофізичні властивості отриманих композиційних елементів. Показано, що подібні структури відзначаються можливістю керування резонансною частотою внаслідок впливу зовнішнього постійного магнітного поля (феромагнітний резонанс) при збереженні достатньо високого значення добротності композиційного резонансного елементу. Зміщення складає порядку 71 МГц на частоті близько 11 ГГц при зміні напруженості магнітного поля в діапазоні Н = 0-3500 Е. Добротність резонансного елементу з магнітною плівкою знизилась у порівнянні з резонатором без магнітної плівки від 6100 до 1700 на частоті порядку 12,77 ГГц.
Дослідження показали, що отримані композиційні резонатори є невзаємними елементами. Було здійснено моделювання вимірювальної комірки та композиційного резонатора за допомогою Ansys HFSS. Визначено, що при оптимальному її розміщенні у вимірювальній комірці (у точці максимуму магнітного поля) можливе досягнення прямих втрат порядку 0,2-0,8 дБ, при цьому невзаємність спектру передачі енергії на частотах ФМР лишається великою (від 34 дБ). Показано, що немагнітний діелектричний резонатор концентрує енергію в об’ємі магнітної плівки, внаслідок чого мала за об’ємом феритова плівка починає в рази сильніше впливати на властивості системи, в якій знаходиться композиційний резонансний елемент. Тому можна говорити про синергетичний ефект, який проявляється при роботі складових композиційного резонансного елемента.
У порівнянні з іншими невзаємні елементами отримані резонатори мають такі переваги як простота виготовлення, широкі можливості мініатюризації та сумісність з планарною технологією.
Registration Date
2021-01-25
popup.nrat_date
2021-01-25 / 2026-06-30
