5G（第五代寬帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)），被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)了超快的下載速度，結(jié)束了通話中斷和緩沖現(xiàn)象，以及更強(qiáng)的連通性，以推進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)、遠(yuǎn)程手術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

總部位于加州的先進(jìn)半導(dǎo)體公司Skyworks Solutions的技術(shù)總監(jiān)Michael Hill日前表示，事實(shí)上，5G技術(shù)的采用仍處于早期階段。在由美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)（AIP）出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》上發(fā)表的論文中，Hill和他的同事概述了新興5G技術(shù)，并展示了增強(qiáng)陶瓷材料如何在5G發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

陶瓷材料長(zhǎng)期以來一直用于移動(dòng)設(shè)備和基站的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。因此，增強(qiáng)型陶瓷一直是提高5G能力的中心重點(diǎn)。而Hill的研究小組就開發(fā)了一種陶瓷，用于增強(qiáng)一種對(duì)5G應(yīng)用至關(guān)重要的設(shè)備——循環(huán)器。

循環(huán)器通常由釔鐵石榴石制成的絕緣陶瓷材料制成，是一種三端口設(shè)備，充當(dāng)交通圈，使信號(hào)保持在一個(gè)方向流動(dòng)，并使接收器和發(fā)射器共用一個(gè)天線。為了顯著增加能量密度以適應(yīng)更高的頻率，研究人員用鉍部分取代了釔，鉍是一種重元素，可以增加陶瓷的介電常數(shù)，取代鉍也使循環(huán)器小型化。

多年來，眾多研究者嘗試過用其它稀土物質(zhì)摻雜釔鐵石榴石來解決一些問題。

===多晶Bi取代釔鐵石榴石===

我國(guó)研究者曾用多晶Bi取代釔鐵石榴石的介電頻率行為。并用固相反應(yīng)法制備了成分為Y3-xBixFe5O12的樣品。用阻抗分析儀測(cè)量了頻率范圍為1KHz到1GHz的相對(duì)介電常數(shù)（εr）和損耗角正切（tanδ），用直流電壓源和微安表測(cè)試了材料的體積電阻率。結(jié)果表明，在低于100KHz的頻率下，Bi取代大大降低了釔鐵石榴石的相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切，并增加了材料的體積電阻率。

===La摻雜對(duì)釔鐵石榴石===

有研究者采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備了La摻雜的Y3Fe5O12系列陶瓷樣品，詳細(xì)研究了La摻雜對(duì)其磁性和磁介電性能的影響。研究結(jié)果表明：隨著La摻雜量的增加，飽和磁化強(qiáng)度和本征磁介電效應(yīng)先增加后減小，歸因于Fe2+離子含量的非單調(diào)變化。分析認(rèn)為，具有較大離子半徑的La3+對(duì)Y3+替代導(dǎo)致Y3Fe5O12晶格擴(kuò)張和可能的離子移位，這兩個(gè)因素的競(jìng)爭(zhēng)作用引起Fe2+含量隨La含量的增加先增加后減小。Fe2+離子含量的非單調(diào)變化導(dǎo)致飽和磁化強(qiáng)度和磁介電效應(yīng)的相應(yīng)變化趨勢(shì)，并在La含量為0.3時(shí)同時(shí)獲得了大的飽和磁化強(qiáng)度和磁介電效應(yīng)，在106hZ和0.9T條件下的室溫磁介電系數(shù)達(dá)-5%。這說明非磁性大離子半徑摻雜可以有效調(diào)控YIG材料的磁性和磁介電效應(yīng)。

===鋯摻雜釔鐵石榴石===

通過溶膠－凝膠法制備了Zr摻雜的摻雜量為x=0～0.5的(Y3-xCax)(Fe5-xZrx)O12，用1100℃低溫?zé)Y(jié)便可獲得純相YIG的摻雜樣品。隨著Zr摻雜量的增多，XＲD射線衍射峰逐漸向低角度偏移，計(jì)算得到的晶格常數(shù)呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，說明晶胞體積在增大。磁性能表征發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻雜量x=0.3時(shí)，樣品的Ms值最大。繼續(xù)增大摻雜量，由于超交換作用削弱導(dǎo)致磁性呈減小趨勢(shì)。樣品的Hc隨摻雜量增大整體呈下降趨勢(shì)，這是由于Zr作為一種非磁性離子，它的摻入可以減小YIG的磁晶各向異性常數(shù)，使得摻雜樣品的矯頑力減小。

隨著5G技術(shù)之爭(zhēng)持續(xù)升溫，大功率氮化鎵開關(guān)可能會(huì)取代循環(huán)器，這表明5G技術(shù)的發(fā)展仍處于早期階段。Hill說：“在一段時(shí)間內(nèi)，毫米波技術(shù)很可能仍將處于西部的蠻荒地帶，因?yàn)橐环N技術(shù)可能只會(huì)很快被另一種技術(shù)取代。”

參考來源：

[1]美國(guó)科學(xué)家研發(fā)“增強(qiáng)陶瓷” 在高頻5G技術(shù)發(fā)展中或發(fā)揮關(guān)鍵作用.財(cái)聯(lián)社

[2]吳花蕊等.La摻雜對(duì)釔鐵石榴石陶瓷磁性及磁介電性能的影響

[3]王鷺杰等.低溫?zé)Y(jié)鋯摻雜釔鐵石榴石(YIG)的磁性能研究

[4]趙宏杰等.Bi取代釔鐵石榴石的介電頻率行為