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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:魏彰廷
研究生(外文):Jang-ting Wei
論文名稱:微波材料TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7介電特性之研究
論文名稱(外文):Dielectric Properties of TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7 Microwave Materials
指導教授:陳立軒陳立軒引用關係
指導教授(外文):Lih-Shan Chen
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電子工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:低溫燒結頻率溫度係數介電特性微波
外文關鍵詞:Dielectric propertiesMicrowaveLow temperature sinteringtemperature coefficient of resonant frequency
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本研究中,利用TiO2與Bi1.5ZnNb1.5O7高介電常數材料的特性,開發一種具有高介電常數與低頻率溫度係數的微波介電陶瓷材料TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7(T-BZN)。為了符合低溫燒結要求,因此分別添加了三種燒結促進劑0.29BaCO3–0.71CuO9 (BC)、0.81MoO3–0.19CuO (MC)、V2O5,來降低燒結溫度,並探討其結晶相、燒結行為及燒結過程中微結構的變化。
實驗結果顯示,T-BZN添加5wt%BC於1000 oC燒結,密度為5.5g/cm3;添加3wt%MC於1000 oC燒結,密度為6.1g/cm3 ;而添加3wt% V2O5於850 oC燒結,密度可達到6.35g/cm3。因此在T-BZN複合材料中,V2O5可有效降低燒結溫度。
使用不同比例TiO2與Bi1.5ZnNb1.5O7,可以調變頻率溫度係數,並加入V2O5降低燒結溫度。當TiO2與Bi1.5ZnNb1.5O7比例分別為30mol%與70mol% ,添加2wt% V2O5於850 oC燒結,有最高密度6.65g/cm3,所量測的介電常數εr =118,頻率溫度係數τf =15ppm/ oC,在3GHz所量測品質因數Q x f =992。
This study aims to achieve microwave dielectric materials TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7 (T-BZN) with high permittivity (εr) and low temperature coefficient of resonant frequency (τf) which is suitable for mobile communication. Sintering aids 0.29BaCO3–0.71CuO (BC)、0.81MoO3–0.19CuO (MC)、V2O5 are added to the TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7 composites for decreasing the sintering temperature. In addition, crystal phase, sintering behavior and microstructures of the sintered specimens are also discussed
T-BZN doped with 5wt% BC, 3wt% MC, 3wt% V2O5 has value of density 5.5g/cm3, 6.1g/cm3, 6.35g/cm3 after sintered at 1000oC, 1000oC, 850oC for 4 hours, respectively. It is found that V2O5 is effective to decrease sintering temperature compared to BC and MC.
For the 30mole% TiO2–70mol% Bi1.5ZnNb1.5O7 doped with 2wt% V2O5 composites sintered at 850oC, density is 6.35 g/cm3, εr =118,τf =15ppm/ oC and Q x f =992 measured at 3GHz
摘要II
AbstractIII
致謝IV
目錄V
第一章 緒論1
1-1 研究背景1
1-2 研究動機2
1-3 論文架構3
第二章 文獻回顧4
2-1 BZN系介電陶瓷4
2-2 Bi1.5ZnNb1.5O7介電陶瓷材料4
2-2-1 Bi1.5ZnNb1.5O7介電材料4
2-3 微波介電理論8
2-3-1 簡介8
2-3-2 相對介電常數(Relative Permittivity )11
2-3-3 品質因子(Quality Factor ,Q)12
2-3-4 共振頻率溫度係數(Temperature Coefficient of Resonant Frequency, τf)15
第三章 微波介電材料TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7之探討16
3-1 實驗儀器16
3-2 Bi1.5ZnNb1.5O7製備17
3-2-1 實驗流程Bi1.5ZnNb1.5O7固態反應法之製程17
3-2-2 Bi1.5ZnNb1.5O7 XRD量測19
3-3 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7製備 19
3-3-1 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7製備流程19
3-3-2 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7 結晶相分析 20
3-3-3 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7 密度量測22
3-3-4 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7 微結構22
第四章 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7低溫燒結之研究25
4-1 微波介電特性量測26
4-2 低溫燒結試片特性測32
4-2-1 密度量測結果32
4-2-2 XRD量測結果34
4-2-3 SEM量測結果40
4-2-4 微波介電量測 50
4-4 微波材料TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7高介電常數與低溫度頻率係數之研究52
4-4-1 密度量測結果 53
4-4-2 XRD結果54
4-4-3 SEM量測結果57
4-4-4 微波特性量測結果60
第五章 結論63
參考文獻64
圖目錄
圖1-1 微波介電陶瓷材料發展2
圖2-1 Bi1.5ZnM1.5O7(M=Nb,Ta,Sb)晶格常數與介電特性5
圖2-2 Bi1.5ZnM1.5O7(M=Nb,Ta,Sb)結晶相圖5
圖2-3 Bi2O3-ZnO-Nb2O5與TiO2混合系統6
圖2-4 (Bi1.5Zn0.5-y/3Ti1.5+yNb0.5-2y/3)O7晶格常數變化7
圖2-5 (Bi1.5Zn0.5-y/3Ti1.5+yNb0.5-2y/3)介電特性變化8
圖2-6 四種極化機制圖10
圖2-7 六種不同極化方式圖10
圖2-8 電偶極極化現象圖11
圖2-9 極化機制和頻率之關係圖12
圖3-1 球磨機18
圖3-2 Bi1.5ZnNb1.5O7製作流程圖18
圖3-3 Bi1.5ZnNb1.5O7粉末於900℃煅燒持溫2小時之XRD圖19
圖3-4 TiO2 -Bi1.5ZnNb1.5O7製作流程圖 20
圖3-5 TiO2 BZN T-BZN以950oC燒結21
圖3-6 T-BZN燒結溫度與密度關係圖22
圖3-7 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7於(a)850℃(b)950℃(c)1000℃(d)1050℃(e)1100℃(f)1150℃燒結微結構圖 24
圖4-1 實驗流程圖25
圖4-2 磁石攪拌器26
圖4-3 微波量測之模具圖27
圖4-4 TE模態之介電共振器28
圖4-5 介電常數量測系統29
圖4-6 頻率溫度係數量測系統31
圖4-7 T-BZN掺雜不同重量百分比BC密度量測圖32
圖4-8 T-BZN掺雜不同重量百分比MC密度量測圖33
圖4-9 T-BZN掺雜不同重量百分比V2O5密度量測圖33
圖4-10 T-BZN摻雜不同比例BC於950oC燒結結晶相圖34
圖4-11 T-BZN摻雜不同比例BC於 1000oC燒結結晶相圖35
圖4-12 T-BZN摻雜不同比例MC於950oC燒結結晶相圖36
圖4-13 T-BZN摻雜不同比例MC於 1000oC燒結結晶相圖37
圖4-14 T-BZN摻雜不同比例V2O5 於850oC燒結結晶相圖38
圖4-15 T-BZN摻雜不同比例V2O5 於950oC燒結結晶相圖39
圖4-16 T-BZN摻雜不同比例BC(a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於850oC燒結SEM圖40
圖4-17 T-BZN摻雜不同比例BC(a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於950oC燒結SEM圖41
圖4-18T-BZN摻雜不同比例BC(a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於1000oC燒結SEM圖42
圖4-19 T-BZN摻雜不同比例MC(a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於850oC燒結SEM圖43
圖4-20 T-BZN摻雜不同比例MC(a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於950oC燒結SEM圖44
圖4-21 T-BZN摻雜不同比例MC(a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於1000oC燒結SEM圖45
圖4-22 T-BZN摻雜不同比例V2O5 (a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於850oC燒結SEM圖46
圖4-23 T-BZN摻雜不同比例V2O5 (a) 2wt%(b) 3wt% (c) 5wt% (d) 7wt% 於950oC燒結SEM圖47
圖4-24 T-BZN掺雜7wt%V2O5燒結不同溫度(a) 850oC(b) 950oC SEM圖(1K)48
圖4-25 T-BZN掺雜7wt%V2O5燒結 850oC 元素分析49
圖4-26 T-BZN掺雜不同重量百分比BC介電量測圖50
圖4-27 T-BZN掺雜不同重量百分比MC介電量測圖51
圖4-28 T-BZN掺雜不同重量百分比V2O5介電量測圖51
圖4-29 TiO2-Bi1.5ZnNb1.5O7添加2wt%流程圖52
圖4-30 不同T-BZN比例參雜2wt%V2O5以850℃及950℃燒結所量測的密度53
圖4-31 T-BZN比例20%:80%溫度與密度關係圖54
圖4-32 不同比例T-BZN摻雜2wt%V2O5 於850oC燒結結晶相圖55
圖4-33 不同比例T-BZN摻雜2wt%V2O5 於950oC燒結結晶相圖56
圖4-34 不同比例T-BZN(a) 60:40(b) 50:50(c) 40:60(d) 30:70摻雜2wt% V2O5 以850oC燒結57
圖4-35 不同比例T-BZN(a) 60:40(b) 50:50(c) 40:60(d) 30:70摻雜2wt% V2O5 以950oC燒結58
圖4-36 T-BZN比例 30%:70%燒結 950oC 元素分析59
圖4-37 T-BZN比例參雜2wt%V2O5於850℃及950℃燒結所量測的介電常數60
圖4-38 T-BZN比例參雜2wt%V2O5於850℃及950℃燒結所量測的品質因數61
圖4-39 T-BZN比例參雜2wt%V2O5於850℃及950℃燒結所量測的溫度頻率係數62
中文部分:
邱碧秀:電子陶瓷材料 徐氏基金會出版,pp.81,1997.
英文部分:
Dong-Wan KIM, Byungwoo PARK, Jang-Hoon CHUNG1 and Kug Sun HONG, “Mixture Behavior and Microwave Dielectric Properties in the Low-fired TiO2–CuO System,” Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (2000) pp. 2696–2700.
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