Study of the dielectric properties and structural matrix ceramic Na2Nb4O11 (NN) Bi2O3 with additive components for applications in radio frequency and microwave

Neste trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais e dielÃtricas da fase monoclÃnica da cerÃmica ferroelÃtrica Na2Nb4O11 com adiÃÃo de Ãxido de bismuto (Bi2O3) nas proporÃÃes de 2, 5 e 10% em massa. Os pÃs Na2Nb4O11 foram produzidos pelo mÃtodo convencional de reaÃÃo em estado sÃlido. ApÃs a calcinaÃÃo, as amostras foram prensadas na forma de pastilhas cilÃndricas e, em seguida, sinterizadas. O estudo da estrutura e da composiÃÃo das amostras foi feito atravÃs de difraÃÃo de raios-X e Refinamento Rieteveld e um estudo da morfologia foi realizado atravÃs de Microscopia EletrÃnica de Varredura onde visualmente, as amostras lembram as medidas de densidade obtidas atravÃs da picnometria. A caracterizaÃÃo dielÃtrica foi realizada na faixa de radiofrequÃncias e de microondas. Em ambos os casos, foi realizado um estudo das propriedades em relaÃÃo à variaÃÃo da temperatura para possÃvel aplicaÃÃo em dispositivos de RF e MW. Nosso interesse foi obter dielÃtricos cerÃmicos com permissividade dielÃtrica alta, baixas perdas dielÃtricas e estabilidade tÃrmica. Nas medidas realizadas em temperatura ambiente de 25ÂC obtivemos um alto valor da permissividade dielÃtrica (εâr = 250,9) com o NN10Bi (10% de Bi2O3) em 10 kHz e um valor da tangente de perda, relativamente baixo (tanδ = 1,80.10-2) com o NN2Bi (2% de Bi2O3) em 1 MHz. Em temperatura variÃvel e numa frequÃncia fixa de 100 kHz, obtivemos um alto valor da permissividade dielÃtrica com εâr = 440,78 a 440ÂC com o NN2Bi e um valor de perda dielÃtrica em torno de 1,81.10-1 a 280ÂC com o NN10Bi. A medida do coeficiente de temperatura da frequÃncia de ressonÃncia mostrou a possibilidade de atingir a estabilidade tÃrmica = 0 com o aumento do nÃvel de adiÃÃo de Bi2O3. Para o NN00 obtivemos um tauf = -3378,42 ppm/ÂC. Com a adiÃÃo do Bi2O3, este valor vai se aproximando do zero e atinge tauf = -250,04 ppm/ÂC para o NN10Bi. As medidas na faixa de microondas foram obtidas utilizando-se o mÃtodo Hakki-Coleman. Uma simulaÃÃo numÃrica foi realizada com cada amostra verificando-se a reciprocidade com os dados experimentais. Neste estudo obtivemos uma cerÃmica NN10Bi, Ãtil para a aplicaÃÃo em dispositivos de antenas omnidirecionais de baixo ganho, em sistemas de comunicaÃÃes via satÃlite, internet sem fio, radar, forno de microondas, recepÃÃo de rÃdio e em projetos de espaÃonaves.In this present work, Na2Nb4O11, ferroelectric ceramics have been investigated by their monoclinic phase structural and dielectric properties have been enhanced by the addition of 2, 5 and 10 wt% Bismuth. Na2Nb4O11 powders have been produced by conventional solid-state reaction method. Milling process was carried out by using a high energy planetary mill. The calcined powders were thoroughly weighted and pressed using an axial press to make cylinder pellets for sintering. The single-phase Na2Nb4O11 was determined by X-Ray Diffraction (XRD) technique and Rietveld refinement method, while morphology, crystal structure and phase composition were determined via Scattering Electron Microscopy (SEM) where the samplesâ crystal structure micrographs show nearly the density measures obtained by Pycnometry technique. Dielectric characterization was carried out over a radiofrequency (RF) and microwave (MW) range. Both cases, we have studied the properties related to temperature variation for likely applications to RF and MW devices. We have focused on obtaining dielectric ceramics with high dielectric permittivity, low dielectric loss and near-zero temperature coefficient of resonant frequency. Room temperature measures at 25ÂC have had a high permittivity value = 250.9) for NN10Bi (10% of Bi2O3) at 10 kHz and a dielectric loss, relatively low value 1.80 10-2 for NN2Bi (2% of Bi2O3) at 1MHz. Varying temperature and fixed frequency at 100 kHz, we have obtained a high dielectric permittivity value 440.78 at 440ÂC) for NN2Bi and a dielectric loss about 1,81.10-1 at 280ÂC for NN10Bi. Near-zero temperature coefficient of resonant frequency has shown possibility of reaching thermal stability = 0 as increasing Bi2O3 addition level. For NN00 we have obtained = - 3378.42 ppm/oC. More Bi2O3 addition provides = - 250.04 ppm/oC for NN10Bi. Microwave measures were carried out using Hakki Coleman technique. A numerical simulation was also achieved for each sample for verifying the similarity to experimental data. In this study we have obtained NN10Bi ceramics, applicable for low-gain antenna devices, for satellite communication systems, wireless internet, radar, microwave oven, radio frequency receptor and spacecraft designing