Development of ferroelectric ceramics and their composites for electromagnetic applications
Elektromanyetik uygulamalar için ferroelektrik seramiklerin ve kompozitlerinin gelişimi
- Tez No: 918883
- Danışmanlar: PROF. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU, PROF. DR. HATİCE ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
BaTiO3 ve BaxSr1-xTiO3 (BST) gibi ferroelektrik seramikler sahip oldukları eşsiz dielektrik özellikleri sayesinde mikrodalga frekanslarında çalışan elektromanyetik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmakta olup malzeme dünyasında büyük ilgi görmektedirler. Bu alanda ilgili teknolojilerdeki ilerlemeler sayesinde modern sistemlerin ihtiyaçlarını karşılayabilen düşük maliyetli ve esnek elektronik komponentleri (BST/polimerler parçacık dağılımlı polimer matris kompozitler) üretmek mümkün hale gelmiştir. Malzeme mühendisleri açısından, BST seramiklerinin dielektrik özelliklerini ve bu özelliklerin değişimine fazlasıyla etki eden faz oluşum mekanizmaları ile difüzyon süreçlerini anlamanın kritik bir öneme sahiptir. Günümüzde analiz teknolojilerinin yardımıyla, çok bileşenli yapıları simüle etmek ve BST fazlarının mikro yapı içerisindeki dağılımını tespit etmek mümkündür. Bu çalışma, hem BST seramiklerinin hem de BST katkılı kompozitlerin üretim aşamalarını içermektedir. BST seramiklerinin yapısal özelliklerini anlamak için Rietveld analizi, Williamson – Hall ve Boltzmann – Matano yaklaşımları kullanılmıştır. Gerçekleştirilen yapısal karakterizasyonlar; paraelektrik kübik ve ferroelektrik tetragonal fazların bir arada bulunduğunu ve faz dönüşümünün oda sıcaklığındaki sınırlı kinetik nedeniyle tamamen gerçekleşemediğini göstermiştir. Ayrıca, BaTiO3 – SrTiO3 difüzyon çifti özelinde yürütülen çalışmalarda, kompozisyona bağlı olarak difüzyonun farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Sentezlenen BST tozları ile üretilen BST/PDMS kompozit substratların ölçülen dielektrik özellikleri baz alınarak ANSYS HFSS programı ile 8 GHz frekansında çalışan örnek bir mikroşerit yama anten tasarlanmıştır. Üretilen antenin 8.15 GHz rezonans frekansında -28 dB yansıma kaybı ölçülerek tasarım deneysel olarak doğrulanmıştır. Bu sonuçlar ışığında BST seramiğinin özellikle esnek substratlar üzerinde minyatürize edilmiş anten gerektiren uygulamalardaki kullanım potansiyeli ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
Ferroelectrics like BaTiO3 and BaxSr1-xTiO3 (BST) draw great attention for applications in devices operating at microwave frequencies commonly used for wireless electronic systems. Modern systems necessitate reconfigurable, adaptive, and/or tunable components to maximize performance while efficiently performing in a dynamic environment. With the advancements in ferroelectric materials and processing technologies, it is possible to manufacture low-cost and flexible electronics (powder dispersed polymer matrix composites, such as BST/polymers) which can satisfy the needs of such modern systems. At this point, as material scientists it is critical to understand formation mechanisms and related processes in order to address the dielectric-related properties of BST ceramics. With the help of computer analysis technology, it is possible to simulate such composite structures and analyze the distribution of the BST phases throughout the microstructure. This study includes both production of the BST and their composites. Rietveld analysis, Williamson – Hall, and Boltzmann – Matano approaches were carried out to understand structural properties of BST ceramics. Structural characterizations revealed co-existence of paraelectric cubic and ferroelectric tetragonal phases which indicated that the phase transformation was hindered due to limited kinetics at around room temperature. Moreover, investigations on BaTiO3 – SrTiO3 diffusion couple system showed that the Ba-rich and Sr-rich regions exhibited different diffusion characteristics. A demonstrative electromagnetic application (microstrip patch antenna) was designed using ANSYS HFSS operating at 8 GHz based on the dielectric properties of the synthesized BST ceramics in a BST/PDMS composite substrate. The proposed design was experimentally validated at the resonant frequency (8.15 GHz) with -28 dB reflection loss exhibiting its potential use in such applications that require miniaturized antennas on flexible substrates.
Benzer Tezler
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Kurşun içermeyen tungsten bronz yapılı ferroelektrik seramik fibelerde doku oluşumu ve 1?3 kompozitlerin elektriksel karakterizasyonu
Development of texture in the lead-free ferroelectric ceramic fibers with tungsten bronze structure and electrical characterization of 1?3 composites
SİNAN DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Mühendislik BilimleriGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT ALKOY
- Development of polymer matrix composites with tunable dielectric properties
Ayarlanabilir dielektrik özelliklere sahip polimer matriksli kompozitlerin geliştirilmesi
NADİRE NAZLI ÖZKARAGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU
- NiO/ZnO ve NiO/ZnO/Al2O3 nanokompozit partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemiyle üretimi
Production of NiO/ZnO and NiO/ZnO/Al2O3 nanocomposite particles by ultrasonic spray pyrolysis (USP) technique
DUYGU YEŞİLTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Piezoelektrik kompozitlerin elektromekanik özelliklerinin analizi
Analysis of electromechanical properties of piezoelectric composites
HASAN AKSÜT
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CELALETDİN ERGUN