具有增強諧振頻率改進(jìn)的z型六方鐵氧體材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實施例涉及一種制備可用于電子應(yīng)用（特別的，可用于射頻(RF)電子設(shè) 備，例如天線）中的組分和材料的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本文公開了一種高諧振頻率材料的實施例，該材料包括:一種增強的z型六方鐵氧 體，其含有取代了鍶原子的一些鋇原子和取代了鋁原子的一些鐵原子，該種增強的z型六方 鐵氧體具有的化學(xué)式為Ba 3-XSrxCo2Fe24IAlyO 41，并且具有大于大約500MHZ的諧振頻率。
[0003] 在一些實施例中，0〈x〈1.5并且0〈y〈0.9。在一些實施例中，義=1.5并且7 = 0.9。在 一些實施例中，X = 1.5并且y = 0.3。在一些實施例中，該增強的z型六方鐵氧體具有大于 IGHZ的諧振頻率。
[0004] 本文公開了一種由一種高諧振頻率材料形成的射頻裝置的實施例，該材料包括： 一種增強的Z型六方鐵氧體，其含有取代了鍶原子的一些鋇原子和取代了鋁原子的一些鐵 原子，該種增強的Z型六方鐵氧體具有的化學(xué)式為Ba 3-xSrxC〇2Fe24- yAly041，并且具有大于大 約500MHZ的諧振頻率。
[0005] 本文公開了一種由一種高諧振頻率材料形成的高頻天線的實施例，該材料包括： 一種增強的z型六方鐵氧體，其含有取代了鍶原子的一些鋇原子和取代了鋁原子的一些鐵 原子，該種增強的z型六方鐵氧體具有的化學(xué)式為Ba 3-xSrxC〇2Fe24- yAly041，并且具有大于大 約500MHZ的諧振頻率。
[0006] 本文還公開了一種具有有利的微波性質(zhì)的材料組分的實施例，該材料組分包括： 一種增強的z型六方鐵氧體，其含有取代了鍶原子的一些鋇原子和取代了三價離子的一些 鈷原子，該種增強的z型六方鐵氧體具有的化學(xué)式為Ba 3-xKxC〇2-xM(III)xF e24041，M(m)為三價 離子。
[0007] 在一些實施例中，Μ(ΠΙ)選自由硅、錳、銦、鉻、鎵、鈷、鎳、鐵、鐿、或任何鑭系元素離 子構(gòu)成的組。在一些實施例中，〇〈x〈〇.5。在一些實施例中，Μ (ΠΙ)為鈷、錳、鉻、銦或鐿，且其中 X = 0.5。在一些實施例中，該材料具有大于IGHZ的諧振頻率。
[0008] 本文還公開了一種包括一種具有有利的微波性質(zhì)的材料組分的高頻天線的實施 例，該材料組分包括:一種增強的ζ型六方鐵氧體，其含有取代了鍶原子的一些鋇原子和取 代了三價離子的一些鈷原子，該種增強的ζ型六方鐵氧體具有的化學(xué)式為Ba 3-xKxC〇2-xM(m) xFe24〇4i，M(m)為三價離子。
[0009] 本文還公開了一種增加六方鐵氧體材料的諧振頻率的方法的實施例。該方法包 括:混合含有鋇、鈷、鐵和氧的前體材料的混合物，至少所述前體材料中的一些鋇被取代為 鍶，且至少所述前體材料中的一些鋁被取代為鐵或者至少一些鋇被取代為鉀;干燥該混合 物；加熱該干燥后的混合物;研磨該干燥后的混合物以形成一種混合的顆粒;干燥該顆粒； 壓制該干燥后的顆粒；以及燒結(jié)該壓制后的顆以形成六方鐵氧體，其具有大于500MHz的諧 振頻率。
[0010] 在一些實施例中，沒有使用堿添加劑。在一些實施例中，該六方鐵氧體材料是Ba3-xSr xC〇2Fe24-yAly〇4i，x為介于0和1.5之間，且y介于0和0.9之間。在一些實施例中，該六方鐵 氧體材料是Ba 3-xKxCo2-xM(m) xFe24〇4i，Μ(ΠΙ)為三價離子，且X為介于0和0.5之間。在一些實施 例中，該六方鐵氧體材料具有大于IGHz的諧振頻率。
[0011] 在一些實施例中，該方法可以還包括由該六方鐵氧體材料形成一種射頻裝置。在 一些實施例中，該方法可以還包括由該六方鐵氧體材料形成一種高頻天線。
【附圖說明】
[0012] 圖1示出了在500倍放大的一個實施例中的Co2Z的微結(jié)構(gòu)。
[0013] 圖2Α-Β示出了本公開的ζ型六方鐵氧體材料的實施例的阻抗譜。
[0014] 圖3Α-Β示出了本公開的ζ型六方鐵氧體材料的實施例的晶體結(jié)構(gòu)。
[0015] 圖4示出了形成本公開的六方鐵氧體材料的方法的實施例的流程圖。
[0016] 圖5示出了形成本公開的六方鐵氧體材料的方法的實施例的流程圖。
[0017] 圖6示出了在制備材料時沒有zeta研磨和低溫?zé)频那闆r下獲得的較低的諧振峰 的結(jié)果的阻抗圖。
[0018] 圖7示出了在材料被zeta研磨和高溫?zé)频那闆r下獲得的較低的諧振峰的結(jié)果的 阻抗圖。
[0019] 圖8示出了在使用了本方法的實施例來處理六方鐵氧體材料的情況下獲得的較高 的諧振峰的結(jié)果的阻抗圖。
[0020] 圖9示意性地示出了引入了本公開的六方鐵氧材料的實施例的循環(huán)器的示例。
[0021] 圖10示出了引入了本公開的六方鐵氧材料的實施例的電信基站系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0022] 本文所公開的六方鐵氧體材料的實施例，特別是ζ型六方鐵氧體材料，其可以具有 有利的用于高頻應(yīng)用的增強的特性。例如，該公開的六方鐵氧體可以經(jīng)歷原子取代以在增 加磁導(dǎo)率的同時保持低損耗水平。另外，該公開的六方鐵氧體材料可以具有改進(jìn)的鐵磁共 振帶寬，其可特別地用于高頻應(yīng)用中。因此，由于該公開的六方鐵氧體材料的實施例的增強 的特性，它們可特別地用于微波領(lǐng)域的商業(yè)和軍事應(yīng)用。
[0023] 磁性介電材料(或磁性材料），例如該公開的六方鐵氧體材料，其可特別地用于射 頻(RF)裝置，例如天線、變壓器、電感器、吸收器和循環(huán)器以及其它。一些由磁性材料提供的 期望的特性可以是有利的小型化因子、減少的場濃度以及更好的阻抗匹配。由于其具有微 波(100MHz-20GHz)頻率下的高磁導(dǎo)率，六方鐵氧體系統(tǒng)可特別的有利。
[0024] 六方鐵氧體，例如Z相鈷鋇鐵氧體(Ba3Co2Fe 24Cki)，通常簡稱為Co2Z,是通常用于高 頻天線和其它射頻裝置的磁介電材料。圖1示出了在500倍放大下的一個實施例中的0)22的 微結(jié)構(gòu)。六方鐵氧體系統(tǒng)包括通常交互生長介于磁鉛礦結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)之間的晶體結(jié) 構(gòu)，其含有鋇(Ba)或鍶(Sr)，二價陽離子(例如鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、或錳(Mn))以及三價 鐵。六方鐵氧體可以形成為多種不同的基于磁鉛礦單元的晶體結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)包括M相 (BaFei2〇i9)，W相（BaMe2Fei6〇27)，Y相（Ba2Me2Fei2〇22)以及Z相（Ba3Me2Fe24〇42)。雖然本文描述 的是Z相六方鐵氧體，但應(yīng)當(dāng)理解的是，其它的相也可以并入公開的方法中。
[0025] 磁介電材料中的最近的進(jìn)步，例如六方鐵氧體，部分是由于小型化高頻天線的同 時保持期望的帶寬、阻抗和低介電損耗的需求所驅(qū)動。另外，也希望能增加天線的頻率上 限，其主要是由所用材料的諧振頻率決定。為改進(jìn)(： 〇22和其它六方鐵氧體的性能特點，現(xiàn)有 技術(shù)的方法主要著眼于將Co2Z*的某些化學(xué)元素取代為其它。舉例來說，此種方法包括用 少量的堿金屬例如鉀(K)、鈉(Na)、或銣(Rb)來摻雜Co 2Z，以改進(jìn)該材料在高頻下的磁導(dǎo)率， 其繼而會增加可用的頻率范圍。然而，這些化學(xué)取代方法僅獲得了有限的成功。
[0026] 因此，本文公開了六方鐵氧體的實施例，其具有比現(xiàn)有技術(shù)材料更高的改進(jìn)的諧 振頻率，還公開了制造該六方鐵氧體的方法。特別地，本公開的實施例公開了改進(jìn)用于高頻 應(yīng)用的六方鐵氧體材料的性質(zhì)特點的方法和處理技術(shù)，例如改進(jìn)該材料的諧振頻率。某些 優(yōu)選的實施例提供了制造 Z相六方鐵氧體系統(tǒng)Ba3Co2Fe24O42(Co 2Z)的改進(jìn)的方法和處理技 術(shù)，該六方鐵氧體系統(tǒng)具有減少的磁致收縮、改進(jìn)的諧振頻率，和/或更高頻率下擴(kuò)展的磁 導(dǎo)率。
[0027] 天線性能的優(yōu)點的兩個因素包括小型化因子和帶寬。首先，小型化因子由該公式 決定：
[0028] deff = d〇(eryr)-1/2
[0029]其中deff/d。是小型化因子，^是天線材料的介電常數(shù)，而μ#天線材料的磁導(dǎo)率。 Er和都依賴于磁性氧化物天線的頻率。
[0030] 第二，有效帶寬(或效率)由該公式?jīng)Q定：
[0031] η = η〇(μΓ/εΓ)1/2
[0032] 其中ri/ri。描述了材料的效率(或帶寬）。該效率在以1最大時最大化。另外，如果yr = 則有對于自由空間的完美的阻抗匹配。因此，在給定頻率下，小型化因子與磁導(dǎo)率和介 電常數(shù)的乘積的平方根成正比。因此，射頻輻射的磁相互作用可以被利用以小型化具有介 電組分的天線，例如Co2Z組分。另外，該材料為絕緣的以及磁導(dǎo)率和介電常數(shù)為盡可能彼此 接近的是有利的，可由此最小化阻抗失配和反射損耗。
[0033] 另外，相對磁導(dǎo)率和相對介電常數(shù)是表示高頻應(yīng)用的磁性材料的指示性能。相對 磁導(dǎo)率是材料相對于真空磁導(dǎo)率的對施加的磁場的線性響應(yīng)度的度量(μτ=μ/μ。）。相對介 電常數(shù)（e r)是材料相對于真空極化率的電子極化率的相對度量。通常，磁導(dǎo)率(μ'）可被分 成兩個部分：自旋Xsp，其響應(yīng)于高頻，而疇壁運動Xd w，其在微波頻率衰減。磁導(dǎo)率通常可表 /J