Response Surface Method Optimizing The Formation Of Yttrium Iron Garnet (YIG) Via Response Surface Method (Rsm) For Dielectric Resonator Antenna (DRA) Application - Ali, Wan Fahmin Faiz Wan (2014)
Bahan-bahan dielektrik berfasa tunggal menjadi keperluan untuk aplikasi penyalun dielektrik antena (DRA) untuk mengelakkan sebarang pantulan permukaan (kehadiran fasa yang tidak dikehendaki menyebabkan gelombang electromagnet akan dipantul daripada DRA tersebut) yang akan menurunkan prestasi DRA. Walau bagaimanapun, untuk sintesis suatu bahan berfasa tunggal seperti yttrium ferum garnet (YIG) adalah mencabar. Kehadiran fasa sekunder seperti YFeO3 dalam YIG mempengaruhi prestasi DRA secara negatif. Dalam penyelidikan ini, peratusan pembentukan YIG dioptimumkan melalui tindak balas keadaan pepejal konvensional (CSSR). Tiga faktor yang terlibat dalam kajian ini adalah (i) kesan suhu pembentukan, (ii) kesan saiz partikel Fe2O3 dan, (iii) kesan lebihan Fe2O3 telah dikaji. Ini boleh dicapai melalui reka bentuk eksperimen (DOE) dengan pendekatan kaedah tindak balas permukaan (RSM). Berdasarkan analisis DOE, didapati pada suhu pembentukan 1240 oC dengan 5 μm saiz partikel Fe2O3 dan 8 wt.% lebihan Fe2O3 dalam stoikiometri YIG piawaian mampu memperoleh ketulenan YIG sehingga 99.2 %. Sementara itu, kajian kinetik dan mekanisme transformasi fasa menunjukkan pembentukan fasa tunggal YIG mengikuti model Ginstling-Brounshtein-Habert (GBH). Model ini menyatakan dua lapisan tindak balas terbentuk sepanjang pembentukan YIG; lapisan pertama adalah pembentukan fasa YIP and tindak balas selanjutnya antara Fe2O3 dengan YIP akan membentuk lapisan tindak balas YIG (lapisan kedua). Seterusnya, faktor yang dioptimumkan untuk pembentukan YIG (OPYIG) dari DOE telah disinter pada 1420 oC selama 6 jam untuk menghasilkan produk akhir yang berketumpatan tinggi (pengoptimuman pembakaran). Purata saiz butiran OPYIG yang telah disinter adalah 5.98 μm, ketumpatan yang diukur melalui prinsip Archimedes adalah 5.023 g/cm3 dan keliangan adalah 0.2 %. Sifat-sifat dielektrik yang diukur (pemalar dielektrik, εr = 15.72 dan kehilangan tangen, tan δ = 0.0069) menunjukkan OPYIG adalah bahan yang sesuai untuk aplikasi DRA. Untuk prestasi DRA yang terbaik, kedudukan OPYIG mesti berada pada jarak 36 mm dari kawasan jalur mikro. Pada posisi ini, pengukuran DRA dibuat daripada OPYIG menunjukkan keterujaan mod HEM11 yang sangat kuat dan bergema pada 12.501 GHz. Corak sinaran yang diperhatikan menunjukkan OPYIG mempamerkan corak yang stabil dan berarah dua menandakan bahawa isyarat itu dapat diterima melalui dua arah pilihan. Oleh itu, ketulenan tinggi YIG berjaya disintesis melalui CSSR dan sesuai untuk aplikasi DRA yang meliputi julat frekuensi Ku-band (12 GHz untuk 18 GHz). Bahan-bahan dielektrik berfasa tunggal menjadi keperluan untuk aplikasi penyalun dielektrik antena (DRA) untuk mengelakkan sebarang pantulan permukaan (kehadiran fasa yang tidak dikehendaki menyebabkan gelombang electromagnet akan dipantul daripada DRA tersebut) yang akan menurunkan prestasi DRA. Walau bagaimanapun, untuk sintesis suatu bahan berfasa tunggal seperti yttrium ferum garnet (YIG) adalah mencabar. Kehadiran fasa sekunder seperti YFeO3 dalam YIG mempengaruhi prestasi DRA secara negatif. Dalam penyelidikan ini, peratusan pembentukan YIG dioptimumkan melalui tindak balas keadaan pepejal konvensional (CSSR). Tiga faktor yang terlibat dalam kajian ini adalah (i) kesan suhu pembentukan, (ii) kesan saiz partikel Fe2O3 dan, (iii) kesan lebihan Fe2O3 telah dikaji. Ini boleh dicapai melalui reka bentuk eksperimen (DOE) dengan pendekatan kaedah tindak balas permukaan (RSM). Berdasarkan analisis DOE, didapati pada suhu pembentukan 1240 oC dengan 5 μm saiz partikel Fe2O3 dan 8 wt.% lebihan Fe2O3 dalam stoikiometri YIG piawaian mampu memperoleh ketulenan YIG sehingga 99.2 %. Sementara itu, kajian kinetik dan mekanisme transformasi fasa menunjukkan pembentukan fasa tunggal YIG mengikuti model Ginstling-Brounshtein-Habert (GBH). Model ini menyatakan dua lapisan tindak balas terbentuk sepanjang pembentukan YIG; lapisan pertama adalah pembentukan fasa YIP and tindak balas selanjutnya antara Fe2O3 dengan YIP akan membentuk lapisan tindak balas YIG (lapisan kedua). Seterusnya, faktor yang dioptimumkan untuk pembentukan YIG (OPYIG) dari DOE telah disinter pada 1420 oC selama 6 jam untuk menghasilkan produk akhir yang berketumpatan tinggi (pengoptimuman pembakaran). Purata saiz butiran OPYIG yang telah disinter adalah 5.98 μm, ketumpatan yang diukur melalui prinsip Archimedes adalah 5.023 g/cm3 dan keliangan adalah 0.2 %. Sifat-sifat dielektrik yang diukur (pemalar dielektrik, εr = 15.72 dan kehilangan tangen, tan δ = 0.0069) menunjukkan OPYIG adalah bahan yang sesuai untuk aplikasi DRA. Untuk prestasi DRA yang terbaik, kedudukan OPYIG mesti berada pada jarak 36 mm dari kawasan jalur mikro. Pada posisi ini, pengukuran DRA dibuat daripada OPYIG menunjukkan keterujaan mod HEM11 yang sangat kuat dan bergema pada 12.501 GHz. Corak sinaran yang diperhatikan menunjukkan OPYIG mempamerkan corak yang stabil dan berarah dua menandakan bahawa isyarat itu dapat diterima melalui dua arah pilihan. Oleh itu, ketulenan tinggi YIG berjaya disintesis melalui CSSR dan sesuai untuk aplikasi DRA yang meliputi julat frekuensi Ku-band (12 GHz untuk 18 GHz).