铁电-介电复合物的调谐率反常增加机制研究

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基本信息

  • 批准号:
    61671214
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0122.物理电子学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Ferroelectric-dielectric composites have potential applications for tunable microwave device such as phase shifters and phased array antennas. However, with the increase of ferroelectrics content (the decrease of dielectric constant), the tunability decreases obviously, so their applications were restricted. Recently, an "anomalous phenomenon" in some ferroelectric-dielectric composites were observed: with the decrease of ferroelectric content, the tunability increases, but it is unclear what the mechanism is. To understand this useful "anomalous increase phenomenon", barium strontium titanate (BST) based ferroelectric-dielectric composites will be prepared by spark plasma sintering (SPS) technology, the influence mechanism of composite effect on the tunable properties will be explored; At the same time, organic ferroelectric materials poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) will be chosen to form composites with inorganic dielectric materials at low temperature, so that doping effect can be eliminated completely, the effects of dielectric materials on the structures and properties of composites will be studied. On the basis of the above works, the relationship of chemical composition-microstructure-dielectric properties and the restricting law of permittivity, loss tangent and tunability will be explored. The effect of linear dielectrics on the dielectric properties of composites will be simulated using COMSOL MULTIPHYSICS. Through the combination of experiment and theory, the mechanism of anomalous increase of the tunability will be proved, solutions to the difficult problem of the decrease of tunability will be provided and new materials with independent intellectual property rights will be obtained.
铁电-介电复合物在移相器和相控阵天线等方面应用前景广阔,但其调谐率随铁电材料含量减少(介电常数降低)而明显降低,严重影响其应用。近来发现了部分铁电-介电复合物中调谐率随铁电材料含量减少而增加的"反常现象",但其增加机制不明。本项目拟针对这一有利的"反常增加现象",采用放电等离子体烧结技术制备钛酸锶钡基铁电-介电复合物,探明复合效应对调谐性能的影响机制;与此同时,选择有机铁电材料聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物与无机介电材料进行低温复合,以便完全消除掺杂效应,揭示介电材料对复合物的介电性能和结构的影响规律。在此基础上,探索复合物的化学组成-微结构-介电性能间的关系及介电常数、介电损耗和调谐率间的制约规律,并采用COMSOL MULTIPHYSICS软件模拟介电材料对复合物介电性能的影响。通过实验与理论相结合,探明调谐率反常增加的机制,为克服调谐率下降难题提供解决方案,获得具有自主知识产权的新材料。

结项摘要

钛酸锶钡(BST)的介电常数能够在偏置直流电场作用下发生改变,因而在移相器和相控阵天线等微波调谐器件中具有广阔的应用前景,然而存在介电常数高,介电损耗大的问题。加入介电材料形成铁电-介电复合物能有效降低介电常数,但其调谐率随铁电材料含量减少明显降低,严重影响其应用。近来发现了部分铁电-介电复合物中调谐率随铁电材料含量减少而增加的"反常现象",但其增加机制不明。本项目从抑制或消除掺杂效应入手,采用放电等离子烧结(SPS) 工艺制备了BST基铁电-介电复合陶瓷,采用旋涂或直滴法制备了P(VDF-TrFE)基有机-无机复合膜,研究了其介电调谐性能。在SPS技术制备的BST-MgO, BST-Mg2TiO4, BST-MgO-Mg2TiO4和BST-MgO-Mg2SiO4等体系中,均实现了比纯BST低的介电常数和比纯BST高的调谐率,因为掺杂效应的作用,这在传统烧结方法制备的陶瓷中是无法达到的。制备的P(VDF-TrFE)-MgO,P(VDF-TrFE)-Mg2TiO4和P(VDF-TrFE)-Mg2SiO4等复合膜具有比纯P(VDF-TrFE)低的介电常数和高的调谐率,这可归因于掺杂效应的消除。仿真分析表明,铁电-介电复合物中电场集中在介电常数小的介电材料上,虽然铁电材料上的平均电场强度低于外加的电场强度,但随介电材料含量的增加,增强区的平均电场强度增加,导致调谐率增加,尽管铁电性稀释会导致调谐率降低,二者共同作用导致复合物的调谐率随介电材料含量增加先增加后降低。本项目直接证明了掺杂效应引起了BST基复合陶瓷的调谐率的急剧下降,复合效应是调谐率反常增加的原因。通过抑制或消除掺杂效应,消除了调谐率的初始下降区,实现了比纯铁电材料高的调谐率和低的介电常数,解决了BST基铁电-介电复合陶瓷中长期存在的介电常数的降低和调谐率的增加的矛盾,探明了铁电-介电复合物中调谐率反常增加的机理,为探索新的材料体系和寻求新的制备工艺,获得更优性能的铁电材料奠定了基础。另外,根据电场分布特性,提出在P(VDF-TrFE)中加入介电常数高的材料如CeO2, CaTiO3和SrTiO3,提高了铁电材料的调谐率。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The anomalous increase in tunability in Ba0.55Sr0.45TiO3-MgO-Mg2SiO4 composite ceramics
Ba0.55Sr0.45TiO3-MgO-Mg2SiO4复合陶瓷的可调性异常增加
  • DOI:
    10.1111/jace.16151
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    He, Yanyan;Peng, Yakai;Xu, Yebin
  • 通讯作者:
    Xu, Yebin
Preparation and characterization of MgFe2O4 nanocrystallites via PVA sol-gel route
PVA 溶胶-凝胶法制备 MgFe2O4 纳米晶并表征
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2016.12.432
  • 发表时间:
    2017-03-30
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Feng, Yuxiang;Li, Shanshan;Xu, Yebin
  • 通讯作者:
    Xu, Yebin
Dielectric tunable properties of Ba0.5Sr0.5TiO3−Mg2TiO4−MgO composite ceramics prepared by spark plasma sintering
放电等离子烧结Ba0.5Sr0.5TiO3—Mg2TiO4—MgO复合陶瓷的介电可调性能
  • DOI:
    10.1016/j.mtla.2019.100217
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Materialia
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Yanyan He;Yakai Peng;Xiaomeng Ma;Yebin Xu
  • 通讯作者:
    Yebin Xu
The abnormal increase of tunability in ferroelectric-dielectric composite ceramics and its origin
铁电介电复合陶瓷可调性的异常增加及其起源
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2017.12.279
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Ma Xiaomeng;Li Sanshan;He Yanyan;Liu Ting;Xu Yebin
  • 通讯作者:
    Xu Yebin

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Dielectric Properties of Ba0.6Sr0.4TiO3-Sr(Ga0.5Ta0.5)O3 Solid Solutions
Ba0.6Sr0.4TiO3-Sr(Ga0.5Ta0.5)O3固溶体的介电性能
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    徐业彬
  • 通讯作者:
    徐业彬
室温下Pr_(0.7)Ca_(0.3)MnO_3薄膜的瞬态光响应特性
  • DOI:
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  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈长乐;高国棉;袁孝;严资杰;徐业彬
  • 通讯作者:
    徐业彬

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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