20.04.2021

Композитный материал на основе титаната бария-стронция, внедренного в поры стеклокерамической матрицы, перспективен для разработки новых сверхвысокочастотных устройств.

Сотрудники кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» создали композитный материал на основе титаната бария-стронция, внедренного в поры стеклокерамической матрицы. Полученный материал перспективен для разработки новых сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств. Статья опубликована в журнале Materials.

Диэлектрики – вещества, плохо проводящие ток, но способные поляризоваться под воздействием электрического поля. Сегнетоэлектрики (СЭ) обладают свойствами диэлектриков, но в определенном диапазоне температур демонстрируют самопроизвольную спонтанную поляризацию. Из-за своего нелинейного отклика на электрическое поле сегнетоэлектрические материалы представляют большой интерес для микроволновой электроники. На их основе разрабатывают новые СВЧ устройства, такие как перестраиваемые конденсаторы, управляемые фильтры, фазовращатели для нового поколения антенн, фазированные антенные решетки, используемые в радарах, и так далее.

Одним из способов улучшить функциональные характеристики сегнетоэлектических материалов является создание на их основе композитов, сочетающих сегнетоэлектрики и линейные диэлектрики. Именно такую систему разработали ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова.

Им удалось сформировать стеклокерамические пористые структуры на основе железосодержащих стекол и внедрить в них сегнетоэлектрический твердый раствор титаната бария-стронция. Для этого они провели ионный обмен между силикатным стеклом KFeSi и расплавами LiNO3 и NaNO3. Оказалось, что такой метод дает возможность довольно сильно варьировать размер пор, что влияет на эффективность заполнения матрицы титанатом бария-стронция, и, как следствие, на электрические характеристики структур. Исследователи сформировали стекла с порами необходимого размера и добились равномерного заполнения матрицы сегнетоэлектрическим наполнителем на необходимую глубину.

«Нам удалось впервые получить стеклокерамические структуры, проявляющие высокую диэлектрическую проницаемость, на основе титаната бария-стронция, внедренного в поры стекломатрицы. Также мы продемонстрировали, что отжиг стеклокерамических композитов в кислородной среде положительно влияет на их свойства. Диэлектрическая проницаемость структур увеличивается вдвое, а потери уменьшаются в два с половиной раза», - отметил профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Вилевич Тумаркин

Исследования проводились совместно с коллегами из Университета имени Отто фон Герике, (Магдебург, Германия) и Университета прикладных наук Бранденбурга (Бранденбург-на-Хафеле, Германия). В состав научной группы входят профессор кафедры ФЭТ Андрей Вилевич Тумаркин, доценты кафедры ФЭТ Александр Геннадьевич Гагарин и Андрей Викторович Дроздовский, аспиранты кафедры ФЭТ Евгений Сапего и Иван Мыльников.