ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА БОРОСИЛИКАТНЫХ СТЕКОЛ С ДОБАВКАМИ La2O3, TiO2, ZrO2
Аннотация
Представлены результаты исследований высокочастотных электромагнитных свойств щелочных боросиликатных стекол, модифицированных оксидами лантана, титана и циркония, во взаимосвязи с их структурой. Экспериментально измерены значения спектральных коэффициентов отражения и пропускания исследуемых материалов в диапазоне частот 12–18 ГГц. В статье приведены типичные спектры комплексной диэлектрической проницаемости исследуемых образцов стекол в диапазоне 20 Гц–1 МГц, в соответствии с которыми как вещественная, так и мнимая части уменьшаются с ростом частоты, при этом мнимая часть убывает существенно быстрее. Показано, что исследуемые стекла могут быть использованы в качестве вакуумплотной диэлектрической основы с малыми потерями при разработке высокочастотных устройств, работающих в СВЧ-диапазоне. Установлено влияние химического состава опытных стекол на величину их диэлектрической проницаемости в диапазонах частот 20 Гц – 1 МГц и 12–18 ГГц. Проведено изучение структуры исследуемых стекол методом рамановской спектроскопии. Выявлено влияние оксидов лантана, титана и циркония на степень полимеризации структурного каркаса. Присутствие La2O3 в натрийборосиликатном стекле вызывает уменьшение полимеризации борокремнекислородной структурной сетки стекла во всем диапазоне вводимых концентраций за счет того, что La2O3 находится в октаэдрической позиции и выступает в структуре стекла в роли модификатора. Введение в состав натрийборосиликатного стекла оксида циркония оказывает более существенное влияние на деполимеризацию структурной сетки стекла, чем добавки оксида лантана. Наиболее серьезные структурные перестройки проявляются при введении в составы таких стекол TiO2, так как он выступает в роли стеклообразователя, формируя структурные мотивы [TiO4], которые будут соединяться с кремнекислородной составляющей, образуя мостики типа Si–O–Ti.
Для цитирования:
Дяденко М.В., Быченок Д.С., Василевич Е.Д., Горохов Г.В., Сидоревич А.Г. Высокочастотные электромагнитные свойства боросиликатных стекол с добавками La2O3, TiO2, ZrO2. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 9. С. 55-63. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6529.
Литература
Pavlenko V.I., Lapteva S.N. Study of process of hardening of gypsum binders, mixing by water, activated by microwave electromagnetic field. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 8. P. 47-52 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017608.5552.
Yafarov R.K. Receiving and properties of new nano composite carbon materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2016. V. 59. N 8. P. 75-80 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20165908.26y.
Slukin V.M. Technogenic electromagnetic radiation as a factor in the ecology of populated areas. Akad. Vestn. Ural-NIIproekt RAASN. 2010. N 4. P. 120-124 (in Russian).
Nemilov S.V. Optical materials science. Optical glasses. SPb: SPbGU ITMO. 2011. 175 p. (in Russian).
Hubert M., Faber A.J. On the structural role of boron in borosilicate glasses. Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B. 2014. V.55 (3). P.136-158.
Bobkova N.M., Savchin V.V., Pauliukevich Yu.G., Trusova E.E. Optimization of glass compositions for pro-ducing hollow glass microspheres. Vestsі Nats. Akademіі Navuk Belarusі. Ser. Khіm. Navuk. 2018. V. 54. N 2. P. 238-244 (in Russian). DOI: 10.29235/1561-8331-2018-54-2-238-244.
Khanna A., Saini A., Chen B., González F., Ortiz B. Structural characterization of PbO–B2O3–SiO2 glasses. Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B. 2014. V. 55. N 2. P. 65–73.
Lima M., Monteiro R.C.C., Graça M.P.F., Ferreira da Silva M.G. Structural, electrical and thermal properties of borosilicate glass-alumina composites. J. Alloys Comp. 2012. V. 538. P. 66-72. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.05. 024.
Abdel-Hameed S.A.M., Azooz M.A. Effect of transition metal ions on the development of nanocrystalline phase and optical properties in the BaO–B2O3–TiO2 system. Ceram. Int. 2009. V. 35. N 2. P. 643-648. DOI: 10.1016/j.ceramint.2008.01.021.
Ruengsri S., Kaewkhao J., Limsuwan P. Optical characterization of soda lime borosilicate glass doped with TiO2. Proc. Eng. 2012. V. 32. P. 772-779. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.02.011.
Cesconeto F.R., Arcaro S., Raupp-Pereira F., Neto J.B.R. TiO2 nanoparticulated LZSA glass-ceramic matrix composites. Ceram. Int. 2014. V. 40. N 7. P. 9535-9540. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.02.027.
Gautam C.R., Yadav A.K., Singh P. Synthesis, crystallization and microstructural study of perovskite (Ba, Sr) TiO3 borosilicate glass ceramic doped with La2O3. Mater. Res. Innovat. 2013. V. 17. N 3. P. 148-153. DOI: 10.1179/1433075X12Y.0000000045.
Khattab R.M., El Wahsh M.M.S., Zawrah M.F. Microwave combustion synthesis of MgO–Al2O3–SiO2–ZrO2 ce-ramics: Sinterability, microstructure and mechanical properties. Mater. Chem. Phys. 2018. V. 212. P. 78-86. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2018.03.013.
Dyadenko M.V. Radioprotective Glasses. Glass Ceramics. 2019. V. 76. N 7-8. P. 246-251. DOI: 10.1007/s10717-019-00176-5.
Dyadenko M.V. Borosilicate Radiation Shielding Glass. Fizika Khim. Stekla. 2021. V. 47. N 1. P. 37–49 (in Rus-sian). DOI: 10.31857/ S0132665121010042.
Dyadenko M.V., Lubeckii N.V., Karpovich V.A., Petuhovskaya A.G. Glass materials with a different set of electrophysical characteristics. Elektron. Tekhn. Ser.1 SVCH-Tekhnika. 2018. V. 1(536). P. 52-59 (in Russian).
Dyadenko M., Bychanok D., Sidorevich A., Vasilevich E., Gorokhov G. Radiophysical characteristics of borosili-cate glasses modified with La2O3, TiO2, ZrO2 oxides. Mater. of the Internat. Sci. and Techn. Conf.«Composite materials based on man-made waste and local raw materials: composi-tion, properties and application». Tashkent: TSTU. 2021. P. 32–33 (in Russian).
Kruchinin D.Ju., Pharaphontova E.P. Physical chemistry of the glassy state. Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta, 2021. 108 p. (in Russian).
Stupko T.V. Fundamentals of general and inorganic chemistry. Part I. Krasnoyarsk: KSAU. 2016. 213 p. (in Russian).
Bychanok D., Maksimenko S., Bellucci St., Kuzhir P. Characterizing epoxy composites filled with carbonaceous nanoparticles from dc to microwave. J. Appl. Phys. 2013. V. 113. N 12. С. 124103. DOI: 10.1063/1.4798296.
Dyadenko M., Levitskii I., Bychanok D., Sidorevich A. Study of the effect of TiO2, ZrO2, La2O3 oxides on the electrophysical characteristics of alkaline borosilicate glasses. Abstr. of rep. of the 85th Sci. and Techn. Conf. of the teach. staff, research. and postgrad. Minsk: BSTU. 2021. P. 21–23. (in Russian).
Dyadenko M., Bychanok D., Sidorevich A. The influence of some 3d- and 4f-elements on the structure and electro-physical properties of alkaline borosilicate glasses. Abstr. of the Third Russ. Conf. with internat. particip. «Glass: Science and Practice» GlasSP2021. Saint Petersburg: Publishing House LLC «LEMA». 2021. P. 200–201 (in Russian).
Eremyashev V., Osipov A., Osipova L. Borosilicate glass structure with rare-earth-metal cations substituted for sodium cations. Glass Ceramics. 2011. V. 68. P. 205-208. DOI: 10.1007/s10717-011-9353-5.
Kupracz P., Szreder N.A., Gazda M., Karczewski J., Barczynski R.J. Phase separation and electrical properties of manganese borosilicate glasses. Proc. Eng. 2014. V. 98. P. 71-77. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.490.
Bouty O. Application of the Empirical Potential Structure Refinement technique to a borosilicate glass of nuclear interest. Proc. Mater. Sci. 2014. V. 7. P. 32-37. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.10.006.
Winterstein-Beckmann A., Möncke D., Palles D., Ka-mitsos E.I., Wondraczek L. A Raman-spectroscopic study of indentation-induced structural changes in technical alkali-borosilicate glasses with varying silicate network connectivi-ty. J. Non-Crystal. Solids. 2014. V. 405. P. 196-206. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2014.09.020.
McMillan P. Structural studies of silicate glasses and melts—applications and limitations of Raman spectroscopy. Am. Mineralogist. 1984. V. 69. N 7-8. P. 622-644.
Wang Z., Shu Q., Chou K. Structure of CaO–B2O3–SiO2–TiO2 Glasses: a Raman Spectral Study. ISIJ Internat. 2011. V. 51. N 7. P. 1021-1027. DOI: 10.2355/isijinternational.51.1021.
McMillan P. A Raman spectroscopic study of glasses in the system CaO–MgO–SiO2. Am. Mineralogist. 1984. V. 69. N 7-8. P. 645-659.
