Dielectric, electric and magnetic characterization and modeling of composite materials (RE-CaTiO3-Fe3O4) in the band [DC - 30 GHz].

Abstract

La caractérisation diélectrique, électrique et magnétique complète du composite RE-CaTiO3–Fe3O4 sur la bande de fréquences [DC–30 GHz] a permis de mieux comprendre le comportement multifonctionnel de ces matériaux composites avancés. Cette étude a permis d'évaluer leur potentiel pour les applications haute fréquence et large bande, notamment les absorbeurs micro-ondes, les antennes et les dispositifs multifonctionnels. D'un point de vue diélectrique, les parties réelle et imaginaire de la permittivité ont révélé une nette dépendance en fréquence, indiquant la présence de multiples mécanismes de polarisation, tels que la polarisation interfaciale (Maxwell-Wagner) à basses fréquences et la relaxation dipolaire à hautes fréquences. La constante diélectrique relativement élevée à basses fréquences diminue progressivement avec l'augmentation de la fréquence, un comportement typique des composites diélectriques hétérogènes. Concernant la caractérisation électrique, les mesures de conductivité DC ont montré un comportement semi-conducteur, tandis que la conductivité AC suivait une loi de puissance typique avec la fréquence. Ceci suggère un mécanisme de saut de porteurs de charge entre états localisés, cohérent avec la présence de Fe3O4 et d'éléments RE dans la matrice pérovskite CaTiO₃. Le rôle des caractéristiques microstructurales, telles que les joints de grains, la porosité et les phases secondaires, s'est avéré essentiel pour déterminer la réponse globale de conductivité. La caractérisation magnétique a révélé que l'introduction d’oxyde de fer dans la matrice composite induisait un comportement magnétique doux avec une coercivité modérée et une aimantation à saturation. L'intégration de techniques de modélisation, notamment les représentations de Debye et de Cole-Cole pour la relaxation diélectrique et la modélisation à l'aide de modèles de dispersion, a permis une extraction précise des paramètres du matériau et facilité la compréhension prédictive du comportement du composite dans des conditions de fréquence variables. Une étude comparative est établie entre les différents modèles et les valeurs expérimentales tout en montrant les avantages des uns et les inconvénients des autres. Le modèle de Lichtenecker modifié avec facteur de forme polynomial parait le mieux adapté à décrire le comportement diélectrique d'un composite hétérogène ternaire. Le modèle établi est validé selon les lois de Winner inférieure et supérieure et sa performance fut justifiée par comparaison avec le modèle de Lichtenecker-Rother, Looyenga at Birchak. Conclusion Générale 61 Dans l'ensemble, le composite RE-CaTiO3–Fe3O4 a démontré des propriétés multifonctionnelles prometteuses avec des comportements diélectriques, électriques et magnétiques synergétiques. Ces caractéristiques suggèrent que ces composites sont parfaitement adaptés aux technologies micro-ondes, au blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI), aux condensateurs accordables et aux dispositifs de communication de nouvelle génération. Des travaux supplémentaires pourraient se concentrer sur l'adaptation de la microstructure et de la composition afin d'optimiser les performances, notamment en faisant varier les niveaux de dopage des RE ou en modifiant les protocoles de frittage afin de minimiser les défauts et d'améliorer l'homogénéité.