太赫兹频段两种陶瓷材料的合成制备及其性能表征

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太赫兹(THz)频率范围在高频无线电和红外线之间,并且是目前手机通信频率的一千倍上下,因而它是很好的宽带信息载体,在局域网、卫星间和星地间宽带移动通信有特别的优势。太赫兹通信技术能够获得相比于现在的GHz超宽带技术100-1000倍的传输速度,而且与红外和可见光相比,它的方向性极高以及对云雾的穿透力很强,这就使得在高保密的卫星通信上太赫兹通信能以极高的带宽运作。为了满足太赫兹波通信对材料的需求,本论文系统地研究在太赫兹频段具有较佳介电性能的两类陶瓷材料和一个应用实例。  首先,探讨微量ZnO添加对MCT陶瓷的烧结行为和微波介电性能的影响。发现微量ZnO添加可以有效降低MCT陶瓷的烧结温度,并且能提高陶瓷密度。研究烧结温度对于微量添加ZnO的MCT陶瓷介电性能的影响,发现介电性能随温度的升高先增大后减小,说明陶瓷存在最佳烧结温度,经1260℃烧结3h时获得最佳介电性能:εr21.46,Q×f=90,341GHz,τf=-4.26ppm/℃。  其次,采用网络分析仪扩展系统和太赫兹时域光谱系统测试微量添加ZnO的MCT陶瓷样品的光谱,用于计算得到陶瓷的介电性能和吸收系数。其中,基于网络分析仪扩展系统测得陶瓷的光谱,得到陶瓷在0.22THz-0.32THz频率范围内的介电性能,烧结温度为1260℃×3h时,其介电性能优异(电容率为17.78,介电损耗为0.0018);基于太赫兹时域光谱系统测得陶瓷的时域光谱,得到0.2THz-2.5THz频率范围内的电容率和吸收系数,陶瓷的电容率随烧结温度的升高先增大后减小,在烧结温度为1260℃×3h时,其介电性能优异,电容率为18.68,吸收系数在1THz处为8.52cm-1。  同时,研究烧结温度对TiO2陶瓷样品介电性能的影响,TiO2陶瓷的电容率随烧结温度的升高先增大后略有降低并趋于饱和,当烧结温度1230℃×3h时,电容率最大为102.33,Q×f值达到最大为42900GHz,对应tanδ最小为8.63×10-5;采用太赫兹时域光谱系统测试TiO2陶瓷样品的反射和透射时域光谱计算得到陶瓷的电容率和吸收系数。基于太赫兹时域光谱系统测得陶瓷的时域光谱,得到0.2THz-2.5THz频率范围内的电容率和吸收系数,在烧结温度为1250℃×3h时,其介电性能优异(电容率为90.07,吸收系数在1THz处为38.15cm-1)。  最后,基于MCT陶瓷在太赫兹频段内良好的介电性能,以MCT介质陶瓷作为中间介质层制作一款太赫兹异向介质吸收器,其在太赫兹频段具有良好的吸收性能,试验结果与仿真结果基本吻合,但由于制作过程中存在一定的误差,导致实测的共振频点比仿真结果大。
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