کاربردهای ویژه‌ی الکترومغناطیس برخی از ساختارها و مواد کامپوزیتی (8)

متامتریال های بر پایه‌ی هسته‌ی فریتی و کویل سیمی

متامتریال های دارای اجزای القاگر

نفوذپذیری مؤثر ایجاد شده بوسیله‌ی رزونانس در گستره‌ی فرکانس میکروویو، در بسیاری از متامتریال های تولید شده از مواد غیر مغناطیسی مانند الگوهای اندکتیو، مشاهده می شوند. برای مثال، پاسخ های مغناطیسی مؤثر می تواند با استفااده از رزوناتورهای حلقه- شکاف ، جفت های تشکیل شده از سیم کوتاه یا جفت های تشکیل شده از نوار کوتاه (شکل 1 آ و 1 ب) ایجاد شوند. نفوذپذیری مغناطیسی حقیقی و منفی می تواند در پهناهای فرکانس خاص، بدست آیند. مواد با ثابت دی الکتریک بالا (مشابه ترکیبی از مواد رسانا و دی الکتریک)، می توانند همچنین به عنوان متامتریال های مغناطیسی مصنوعی (با نفوذپذیری مؤثر)، مورد استفاده قرار گیرند.
به هر حال، نفوذپذیری مؤثر و اثر رزونانس متامتریال های ذکر شده بدون استفاده از اجزای مغناطیسی، بسیار اندک است. برای نقویت رفتار القاکنندگی متامتریال ها، این ضروری است که از اجزای مغناطیسی استفاده کنیم. الگوهای القاکننده، که شامل کویل های مسی بافته شده بر روی هسته‌ی مغناطیسی هستند، به طور گسترده ای برای ایجاد رزونانس های LC با نفوذپذیری مغناطیسی مؤثر و موهومی بزرگ، مورد استفاده قرار می گیرند. پیشرفت های اخیر در زمینه‌ی متامتریال ها به طور کامل بوسیله‌ی Acher مورد بررسی قرار گرفته است.
یک متامتریال قابل تنظیم و بر پایه‌ی کویل های رسانا بوسیله‌ی Reynet و مورد بررسی قرار گرفته است. این متامتریال بوسیله‌ی مدار الکتریکی دارای دیود وراکتور، بارگذاری می شود. وقتی ولتاژ بایاس از 1 تا 24 ولت افزایش می یابد، وراکتور می تواند از 15 تا 2 pF تغییر کند. نفوذپذیری مغناطیسی حقیقی و موهومی (مؤثر) برای این متامتریال بین 2-3 می باشد و فرکانس رزوناس ( ) می تواند از 2/0 تا حدود 5/0 GHzتغییر کند.
میزان شیفت پیدا کردن به تعداد دورهای پیچه بستگی دارد. اخیرا، یک متافیلم با استفاده از فیلم های نازک مغناطیسی، تولید شده است. این متافیلم در داخل یک ساختار فلزی سنجاق مانند، پیچیده شده است. یک عایق نیز برای جلوگیری از تماس الکتریکی میان فلز و فیلم مغناطیسی، قرار داده شده است (شکل 1 ث). این متافیلم دارای دو رزونانس است. یکی زیر فرکانس رزونانس ژیرومغناطیس و دیگری بالاتر از این فرکانس. نفوذپذیری مغناطیسی مؤثر و موهومی بزرگ ( در حدود 100) و همچنین نفوذپذیری مؤثر و حقیقی منفی و بزرگ (55- در فرکانس 4/0 GHz) برای این ماده، مشاهده شده است. علاوه بر این، یک بخش ماهیچه ای شکل با قطر داخلی 9/20 mm و قطر خارجی 2/22 mm به عنوان هسته مورد استفاده قرار گرفته است. این بخش از چسباندن یک دسته از میکروسیم های تولید شده از CoFeSiB آمورف، تولید شده اند. متامتریال شامل این هسته و کویل های مسی با دورهای مختلف می باشد (شکل 1 ای). همین که تعداد دور پیچه از 0=N به 6 افزایش می یابد، نفوذپذیری مؤثر حقیقی و موهومی افزایش می یابد و فرکانس رزونانس از 3/1 به 2/0 GHz افزایش می یابد.

ساختار و ویژگی های متامتریال های هسته پیچه

با توجه به پیش زمینه‌ی مورد مطالعه، یک متامتریال شامل هسته‌ی فریتی و یک سری پیچه های با دورهای مختلف است که در آزمایشگاه نویسندگان این مقاله ، تولید شده است. یک نمونه از این متامتریال ها در شکل 1-د نشان داده شده است. به طور نمونه وار، هسته ها دارای قطرهای خارجی و داخلی 2/13 و 5/7 mm هستند. ضخامت آنها نیز بین 56/0-80/1 mm می باشد. این هسته با کویل های مسی با تعداد دور 8-32 پیچیده شده اند.
شکل 2 یک طیف نفوذپذیری نمونه وار از یک متامتریال با تعداد مختلف دور در پیچه، نشان داده شده است. این اندازه گیری در گستره‌ی 100 MHz تا 1 GHz و با استفاده از آنالیزورهای امپدانسماده‌ی RF انجام شده است. این فهمیده شده است که نفوذپذیری مؤثر متامتریال ها، به طور قابل توجهی به نفوذپذیری و ثابت دی الکتریک هسته، اندازه‌ی هسته و تعداد دورهای پیچه، بستگی دارد. شکل 3 و 4 وابستگی نفوذپذیری مؤثر حقیقی (مثبت و منفی) ( و ) و وابستگی فرکانس رزونانس ( ) به تعداد دورهای پیچه (با ضخامت های 56/0=t و 85/0 mm )، را نشان می دهد. پاسخ های مغناطیسی آنها دارای سه ویژگی مهم می باشد: افزایش قابل توجه در و ، منفی قابل توجه و وابستگی به تعداد دورهای پیچه.
بر اساس مدل پارامترهای لامپر هم ارز، یک ظرفت معادل برای مجموعه‌ی اثرات کلی ظرفیت منحرف شده، در نظر گرفته می شود. به عنوان یک بار ظرفیت برای مبدل هم ارز، عمل می کند. امپدانس ورودی می تواند به صورت زیر نوشته شود:

که در اینجا، امپدانس هم ارز است و به صورت زیر بدست می آید:

که در اینجا، t، ، و μc به ترتیب برابر با ارتفاع، شعاع بیرونی و شعاع درونی و نفوذپذیری مغناطیسی مختلط هسته ای حلقه ای شکل می باشد. به عبارت دیگر، ظرفیت منحرف شده (stray capacitance) ( ) در بین N رسانا، می تواند بر اساس روش شبکه، محاسبه شود. بنابراین، نفوذپذیری مؤثر ( ) برای متامتریال به صورت زیر بیان می شود:

شکل 5 برخی از طیف های نمونه وار اندازه گیری شده (خطوط پیوسته) و محاسبه شده (خطوط نقطه چین) را نشان می دهد که بر اساس معادله‌ی بالا و برای متامتریال های با ضخامت های 56/0=t و 85/0 mm بدست آمده اند. برای متامتریال های با ضخامت 85/0=tmm، طیف محاسبه شده با طیف اندازه گیری شده، تطابق دارد. برای متامتریال های با 56/0=tmm، طیف محاسبه شده اندکی نسبت به طیف اندازه گیری شده، متفاوت است. به هر حال، دامنه‌ی و ، و برای طیف اندازه گیری شده و محاسبه شده، قابل مقایسه است. بنابراین، مدل پارامتر لامپر معادله می تواند به خوبی برای توصیف خصیصه های مربوط به کارایی در متامتریال ها، مورد استفاده قرار گیرد.

تئوری نفوذپذیری مغناطیسی

از نتایج این فهمیده می شود که و توابعی مختلط هستند. یک بیان چند جمله ای از فرکانس هستند یعنی . وقتی دامنه‌ی رزونانس به اتلاف های ایجاد شده در رزونانس LC حساس باشد، تنها عبارت اول () در نظر گرفته می شود (یعنی و دو عبارت عبارت اول . در نظر گرفته می شوند. شکل طیف نفوذپذیری این متامتریال ها که با هسته های فریتی و یک پیچه ساخته می شوند، می تواند از معادلات بالا بدست آیند.

که در اینجا، µ_c0 برابر است با نفودپذیری مغناطیسی حقیقی و استاتیک . از معادله‌ی بالا فهمیده می شود که به ترتیب برابر به صورت زیر استنباط شده اند:



شکل 4 نشان می دهد که فرکانس رزونانس () به طور عکس با N برای متامتریال های با ضخامت 56/0و 85/0mmدر ارتباط است که این مسئله بخوبی در معادله‌ی بالا پیش بینی شده است. علاوه بر این، با در نظر گرفتن این مسئله که اندکتانس ( ) با ضخامت هسته‌ی فریتی (t) (معادله‌ی بالا) در ارتباط است، باید به طور عکس با حاصل N و در ارتباط باشد. داده های تجربی نشان می دهد که تقریبا تمام نسبت به (برای متامتریال های با ضخامت 56/0=tmm و 85/0=tmm)، در یک خط راست قرار گرفته اند (شکل 4). به هر حال، داده های مربوط به نمونه های دارای تعداد حلقه‌ی کمتر در پیچه ها، از یک حالت خط راست، انحراف دارند. این انحراف می تواند از این حقیقت نشئت گیرد که امپدانس معادل نمی تواند به سادگی و در نمونه های با تعداد دور اندک، ثابت در نظر گرفته شود.
معادلات باید نشان می دهد که با N در تناسب هستند. این مسئله با خط فاصله ها در شکل 3 آ و ب نشان داده شده است. علاوه بر این، بر اساس معادلات بالا، این نتیجه گیری می شود که برای بدست آوردن مقادیر بزرگ، خواص دی الکتریک و مغناطیسی هسته‌ی فریتی در فرکانس های بالا، نقش مهمی ایفا می کند .

کاربردهای بالقوه

مواد متامتریال منفی

طیف نفوذپذیری متامتریال های دارای هسته و پیچه، دارای تفرق های رزونانسی با ضرایب میرایی 03/0 تا 17/0 هستند.
از معادله‌ی بالا، این مسئله به طور واضح فهمیده می شود که مادامی که به طور قابل توجه بالا و به حد کافی کوچک باشند، نفوذپذیری منفی می تواند بدست آید. این مسئله نتایج حاصله در شکل 2 را مورد تأیید قرار می دهد. برای مثال ، نمونه‌ی دارای N=24، در فرکانس 57/0 GHz به اندازه‌ی -50 بالاست و مقدار منفی تا فرکانس 96/0GHz افزایش می یابد. در گستره‌ی فرکانس 76/0 تا 96/0 GHz ، به صفر بسیار نزدیک است. بنابراین، این نوع از متامتریال می تواند نفوذپذیری منفی ایجاد کند.

وسایل با فرکانس قابل تنظیم

متامتریال ها می توانند همچنین به عنوان وسایل با قابلیت تغییر فرکانس مورد استفاده قرار گیرند. این کار با استفاده از یک سری از پیچه ها انجام می شود که بوسیله‌ی یک سوئیچ به هم متصل هستند. شکل 6 طیف نفوذپذیری اندازه گیری شده برای یک چنین متامتریال هایی را که دارای دو پیچه و 8 حلقه هستند، را نشان می دهد. در حالت خاموش، یک پیک رزونانس در فرکانس 82/0 GHz مشاهده می شود در حالی که در حالت روشن، پیچه ها به یک پیچه‌ی دیگر وصل هستند که دارای 16 حلقه هستند. در این حالت رزونانس به فرکانس 46/0 GHz شیفت پیدا می کند.

متا فیلرهای تولید شده از کامپوزیت ها

یک متافیلر، با استفاده از یک صفحه‌ی نازک از جنس فریت و یک پیچه تشکیل شده است که این پیچه دور صفحه پیچیده شده است. شکل 7 تصویری از برخی از انواع متافیلرها را نشان داده است. کامپوزیت های با مخلوط کردن متافیلرها با پلیمرها (مانند اپوکسی یا سیلیکون)، تولید می شوند.
شکل 8 آ نشاندهنده‌ی نفوذپذیری مؤثر و ثابت دی الکتریک کامپوزیتی است که از سیلیکون و متافیلر ساخته شده است (با غلظت حجمی 3/0p=). این کامپوزیت دارای قطر خارجی 14 mm و قطر داخلی 6 mmو ضخامتی برابر با حدود 2 mm است. میزان آنها در فرکانس 25/1 GHz و مقدار μ_max^('∓) آنها برابر با 8 می باشد. بر اساس مقادیر µ و Ɛ، اتلاف حاصل از انعکاس RL-f برای این کامپوزیت ها، قابل اندازه گیری است. همانگونه که در شکل 8 ب نشان داده شده است، یک مقدار مینیمم RL<-15 dB در فرکانس 25/1 GHzقابل حصول می باشد و پهنای باند درصدی ( ) برای RL>-10 dB (در یک چنین ضخامتی) برابر با 3/5 % می باشد. نسبت ضخامت به طول موج کمتر از 009/0 است که این ماده می تواند به عنوان تضعیف کننده‌ی EM در فرکانس های رادیویی، مورد استفاده قرار گیرد. به هر حال، پهنای نازک مهم ترین محدودیت کامپوزیت های تولید شده از متافیلرها می باشد. این یک چالش روبروی محققین می باشد.

متامتریال های دارای الگوهای اینداکتیو دوره ای

یک متامتریال حلقه ای، با چسباندن قطعات فریتی پیچه مانند، تولید می شوند. یک مثال از آنها در شکل 1 نشان داده شده است. این حلقه دارای قطرهای خارجی و داخلی 5/12 و 5/7 میلی متر می باشد.
طول، عرض و ضخامت قطعات فریتی در حدود 5، 5/2 و 1 میلی متر می باشد. کویل مسی دارای 12N= است.
نفوذپذیری مختلط و ثابت دی الکتریک متامتریال های حلقه ای، در شکل 9 آ نشان داده شده است . این نفوذپذیری با استفاده از PNA اندازه گیری شده است. به بزرگی 80 می باشد، تقریبا برابر با 40، در حدود 9 و ''ε نزدیک به صفر می باشد. نمودار RL-f که بر اساس µ و Ɛ پیش بینی شده ، در شکل 9 ب نشان داده شده است. این نمودار دارایRL > 16- dB در فرکانس های 44/0 GHz است. نسبت ضخامت به طول موج تنها 0015/0 می باشد. به هر حال، پهنای باند ( ) تنها 2 % است که این مقدار بسیار باریک است. انعکاس متامتریال همچنین با استفاده از نرم افزار HFSS و بر اساس الگوهای رسانای دوره ای، شبیه سازی شده است (شکل 1f) نمودارهایRL-fشبیه سازی شده و تجربی با همدیگر تطابق دارند. این متامتریال ها، به عنوان مواد کاهنده‌ی EM در باند UHF تلقی می شوند. البته این مسئله در صورتی صدق می کند که این متامتریال ها را بتوان تولید کرد.
مواد مگنتودی الکتریک با نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک دارای تطابق
آنتن های متداول که در پهنای فرکانس بالا 2-30 MHz وVHF)30-90 و 100-300 (MHz کار می کنند، دارای اندازه‌ی فیزیکی بالایی هستند. کاهش اندازه‌ی فیزیکی این آنتن ها، همواره یک چالش بزرگ، محسوب می شود. بسیاری از تلاش ها برای کاهش اندازه‌ی فیزیکی آنتن های فرکانس بالا و VHF انجام شده است. این کار از طریق طراحی آنتن انجام می شود.
از لحاظ تئوری، اگر این آنتن ها با مواد دی مگنتو دی الکتریک بارگذاری شوند (با اندیس شکستn (
در اینجا بخش حقیقی نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک هستند) بزرگتر از 1)، ابعاد فیزیکی آنتن می تواند با فاکتور n کاهش یابد در حالی که ابعاد الکتریکی آن بدون تغییر باقی می ماند. علاوه بر اندیس شکست بالا، این مواد باید همچنین دارای امپدانسی مطابق با فضای آزاد (یعنی ) باشند. علاوه بر این، تانژانت اتلاف مغناطیسی و دی الکتریک آنها نیز باید پایین باشد. این خصوصیت برای کاربردهای عملی مورد نیاز است. به هر حال، یک چنین موادی در طبیعت، یافت نمی شوند.
چند سال قبل، یک ساختار شطرنجی شکل، متشکل از اجزای مغناطیسی و دی الکتریکی، بوسیله‌ی Yu و همکارانش، پیشنهاد شد. تطابق نفوذپذیری و ثابت دی الکتریک در این ساختارها، می توانست با تنظیم خواص اجزای مغناطیسی و دی الکتریک، بدست آید.
به هر حال، تا به امروز، هیچ ماده ای بر اساس این ساختار، به صورت عملی، تولید نشده است. در این زمینه، ما تلاش کردیم تا از مواد کامپوزیتی برای حصول خاصیتی شبیه به ساختارهای شبه شطرنجی، استفاده کنیم. در این مواد، تنظیم خواص دی الکتریک ساده تر است. زیرا مواد با ثابت دی الکتریک بالا در باندهای فرکانسی مورد نظر، موجود می باشند. چالش اصلی پیدا کردن یک جزء مغناطیسی مناسب است. در بین مواد مغناطیسی، آلیاژهای فلزی مغناطیسی، معمولا دارای رسانایی بالاتری هستند و از این رو، نفوذپذیری مغناطیسی آنها بالاتر است. بنابراین، برای استفاده در این کاربرد، مناسب نیستند. به عنوان یک نتیجه، استفاده از فریت های برای آماده سازی این کلاس از کامپوزیتها، مناسب تر است. نتایج مقدماتی که بوسیله‌ی Kong و همکارانش بدست آمده است، نشان داده است که کامپوزیت های تولید شده بر پایه‌ی پودرهای فریتی Ni-Zn-Co، دارای مقادیر نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک نزدیک تر به مقدار 6 می باشند. کامپوزیت های آنها دارای مشکلاتی از دو جنبه هستند: اولا، تانژانت دی الکتریک آنها نسبتا بالاست که این مسئله به دلیل تانژانت اتلاف بالای زمینه‌ی اپوکسی، ایجاد می شود. و دوما، فرکانس اتلاف مغناطیسی پایین (کمتر از 30 MHz). برای آدرس دهی این مشکلات، سرامیک های فریتی سپس مورد استفاده قرار گرفتند.
سه نوع فریت وجود دارد: یکی فریت های اسپینلی، یکی گارنتی و دیگری هگزافریتی. فرکانس رزونانس کامپوزیت های بر پایه‌ی فریت های اسپینلی و گارنتی، چند صد MHz است، در حالی که فرکانس رزونانسی مربوط به هگزافریت ها، در باند میکروویو است. بنابراین، این ممکن است که از فریت های اسپینلی یا گارنتی برای کاربردهای فرکانس پایین استفاده کنیم. همچنین می توان از هگزافریت ها برای استفاده در کاربردهای میکروویو استفاده شود. فریت های اسپینلی مختلف مانند دارای نفوذپذیری مغناطیسی حقیقی و ثابت دی الکتریک هم ارز هستند که این مقادیر در فرکانس های 2 تا 30 MHz و 30-90 MHz در گستره‌ی 6-15 هستند. برای حصول تانژانت اتلاف مغناطیسی پایین، این مواد باید دارای فرکانس رزونانسی بسیار دورتر از باند فرکانس طراحی شده، باشند، در حالیکه برای اتلاف دی الکتریک، فریت ها باید به طور کامل در دماهای نسبتا پایین، زینتر شوند (همانگونه که بعدا بحث می شود).

کامپوزیت های فریت پلیمری

پودرهای فریت اسپینلی شامل برای تولید کامپوزیت های زمینه اپوکسی، مورد استفاده قرار می گیرند. پودرهای فریتی از طریق فرایند سنتز حالت جامد یا تکنیک های نمک مذاب، تولید می شوند .
شکل 10 خواص مغناطیسی- دی الکتریک یک کامپوزیت اپوکسی با 50 % حجمی پودر فریت با فرمول شیمیایی را نشان می دهد. این پودر فریتی ابتدا از پیش ماده‌ی مربوطه تولید می شود و سپس بوسیله‌ی فلاکس در دمای و زمان 2 ساعت، عمل آوری می شود. در این فرایند عمل آوری، نسبت وزنی پودر فریت به 1 به 2 می باشد. پودر فریت دارای دانه های با شکل منظم و اندازه‌ی متوسط برابر با 5 میکرون می باشد. این کامپوزیت دارای نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک بسیار نزدیکی است. در این گستره‌ی فرکانس، این کامپوزیت ها دارای تانژانت اتلاف پایینی هستند اما تانژانت اتلاف دی الکتریک آنها بالاست. تانژانت اتلاف دی الکتریک بالای آنها به دلیل تانژانت اتلاف بالای زمینه‌ی اپوکسی، بوجود می آید. علاوه بر این، باند فرکانس تانژانت اتلاف مغناطیسی می تواند با استفاده از فریت های اسپینلی به میزان بیش از 30 MHz نیز برسد. برای آدرس دهی این مشکلات، این ضروری است تا از سرامیک های فریتی استفاده کنیم.
سرامیک های فریتی
فریت های منیزیم ، دارای ساختار نوع اسپینلی و به صورت مکعبی هستند. ثابت شبکه در این مواد برابر با 83998/0a=است و از گروه فضاییFd3m می باشند. این ماده یک مغناطیس نرم از نوع نیمه رسانای نوع n می باشد. این ماده همچنین دارای مقاومت بالا و اتلاف مغناطیسی و دی الکتریک پایین است. فریت های مغناطیسی و مشتقات آنها به طور گسترده در تکنولوژی میکروویو مورد استفاده قرار می گیرند.
سرامیک های خالص دارای نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک 6 هستند و دارای تانژانت های اتلاف مغناطیسی و دی الکتریک پایینی هستند (در گستره‌ی فرکانس 2-30 MHz). سرامیک های در دمای زینتر می شوند و دارای چگالی هستند. این مقدار از دانسیته، 65% دانسیته‌ی تئوری است. این مسئله می تواند به خاطر این حقیقت اتفاق افتد که سرامیک های دارای قابلیت زینترشوندگی پایینی هستند. برای کاربردهای واقعی، مواد با خاصیت زینترشوندگی پایین، ممکن است از مشکلات مربوط به استحکام مکانیکی رنج ببرند. سرامیک های با دانسیته‌ی تقریبا کامل، از جنس باید در دماهای بالاتر از زینتر شوند. به هرحال، زینترینگ در دمای بالا، می تواند منجر به ایجاد تانژانت اتلاف بالادر سرامیک های فریتی شود. علت این مسئله، عمدتا تشکیل می باشد. این موجب افزایش اتلاف رسانایی و از این رو، افزایش تانژانت اتلاف دی الکتریک می شود. بنابراین، برای توسعه‌ی سرامیک های فریتی دارای تانژانت اتلاف پایین، این ضروری است که قابلیت زینترینگ آن را بهبود داد. استفاده از کمک ذوب ها یکی از متداول ترین راه ها برای بهبود رفتار زینترشوندگی مواد مختلف می باشد. انواع مختلف از کمک زینترها، در مقالات مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند . CuO و
دو کمک ذوب مناسب برای سرامیک های فریتی هستند. CuO در فرمول شیمیایی اسپینل یا فریت های باریومی مشارکت می کند. CuO به تجزیه می شود که این ماده دارای نقطه‌ی ذوب پایینی است. در حضور ، یک فاز مایع غنی از مس ممکن است در دماهای پایین تر از دمای ذوب ایجاد شود. این فاز مایع غنی از مس موجب می شود تا محیط برای زینترینگ ماده، فراهم آید. قادر به وارد شدن به شبکه‌ی فریت های اسپینلی را ندارد. به هر حال، به طور مشابه، به دلیل دمای ذوب پایین این ماده که تقریبا 820 درجه سانتیگراد است، یک لایه‌ی مایع را در طی زینرینگ در دماهای بالا تشکیل می دهد و بنابراین، زینترینگ فاز مایع را تسریع می کند.
رفتار زینترینگ، رشد دانه و خواص مغناطیسی و دی الکتریک سرامیک های به طور سیستماتیک مورد مطالعه قرار گرفته است. این فهمیده شده است که با افزایش میزان مس از 1/0 x= به 3/0x=، دمای آغاز شرینکیج نمونه ها به طور تدریجی، کاهش می یابد. و نرخ شرینکیج ماکزیمم، از دمای به کاهش می یابد. برای مقایسه ای باید گفت، دمای شروع شرینکیج
بالاتر از بود. با استفاده از این روش، امکان دسترسی به چگالی برابر با 95 % چگالی تئوری امکان پذیر است، اما چگالی نسبی سرامیک های بعد از زینترینگ در دمای به مدت 2 ساعت، تنها به مقدار 94 % می رسد. به طور نمونه وار، دماهای زینترینگ
تقریبا 200 درجه زیر دمای زینترینگ می باشد .
سرامیک های همچنین دارای ریزساختار متفاوتی نسبت به سرامیک های MgFe1.98O4 هستند. رفتار زینترشوندگی ضعیف MgFe1.98O4 به احتمال زیاد به خاطر حضور ساختار اسکلتی صلب با نقاط تماس فراوان، ایجاد می شود. این ساختار نیازمند دمای زینترینگ بالاست. استفاده از مس، نه تنها رفتار استحکام بخشی را تغییر می دهد، بلکه همچنین رشد دانه را افزایش می دهد. برای مثال، اندازه‌ی دانه‌ی سرامیک های بعد از زینترینگ در دمای و زمان 2 ساعت، کمتر از 3 میکرومتر است. این مقدار چند برابر کوچکتر از اندازه‌ی دانه‌ی
می باشد.
اندازه‌ی دانه‌ی متوسط سرامیک های با افزایش غلظت مس، به طور یکنواخت، افزایش نمی یابد. در دماهای زینترینگ معین، اندازه‌ی دانه‌ی متوسط در 2/0x=، ماکزیمم می شود. تغییر در اندازه‌ی دانه‌ی سرامیک های همچنین با استفاده از مکانیزم رشد دانه، توجیح می شود. در طی زینترینگ فاز مایع، رشد دانه از طریق فرایند انحلال و رسوب دهی، انجام می شود. از نقطه نظر انرژی،دانه های کوچک تر نسبت به دانه های بزرگتر دارای پایداری کمتری هستند. علت این مسئله، مساحت سطح بالاتر در ذرات ریزتر می باشد. به عنوان یک نتیجه، دانه های کوچک در لایه های مایع، حل می شوند. وقتی غلظت فاز حل شده، به یک سطح بحرانی برسد، رسوب دهی اتفاق می افتد. این بدین معناست که دانه های بزرگتر، رشد می کنندو این رشد با مصرف شدن ذرات کوچک همراه است. همچنین این بدین معناست که ذرات کوچک با عبور از یک سد، به ذرات بزرگ، ملحق می شوند. در غلظت پایین x کمتر 2/0، این فهمیده شده است که یک افزایش در مقدار مس، موجب افزاش در همگرایی دانه ها بوسیله‌ی لایه های فاز مایع می شود و این مسئله در رشد دانه ها، مزیت به شمار می آید. به عنوان یک نتیجه، اندازه‌ی متوسط دانه با افزایش غلظت مس، افزایش می یابد. وقتی غلظت به یک نقطه‌ی بحرانی برسد که در آن تمام دانه ها با فاز مایع پوشانیده شوند، افزایش دیگر در غلظت مس، منجر به افزایش ضخامت لایه های مایع می شود. افزایش در ضخامت لایه های مایع، به معنای افزایش مسیرهای نفوذی می باشد. یعنی زمان بیشتری برای نفوذ دانه های بزرگتر و رسیدن آنها به دانه های کوچک تر، صرف می شود. از این رو، نرخ رشد دانه درنمونه های دارای غلظت مس بحرانی، کمتر از نمونه های دارای غلظت مس زیر حد بحرانی است. به عبارت دیگر، مقدار فاز مایع در زمانی که غلظت به نقطه‌ی بحرانی می رسد 2/0x=، به حالت اشباع در می آید.
خواص الکتریکی سرامیک های فریتی به طور نزدیکی با ریزساختار آنها در ارتباط است. مقاومت جریان مستقیم یکی از مهمترین پارامترها برای سرامیک های فریتی محسوب می شود. عموما، مقاومت بالا برای بیشتر کاربردها، ضروری است. مقاومت های dc سرامیک های فریتی با چندین فاکتور متقابل، اندازه گیری می شود. این فاکتورها عبارتند از ترکیب شیمیایی، چگالی (تخلخل)، اندازه‌ی دانه، بی نقص بودن کریستال، همگن بودن ریزساختار و میزان ناخالصی. حضور تخلخل معمولا موجب افزایش مقاومت dc سرامیک های فریتی می شود. زیرا هوا یا خلا عایق های خوبی هستند اگر، تخلخل ها سر بسته باشند و به طور یکنواخت در ساختار، توزیع شده باشند. درغیر اینصورت، تخلخل می تواند مقاومت سرامیک های فریتی را کاهش دهد. فاکتور دیگری که به طور قابل توجهی موجب کاهش در مقاومت های dc سرامیک های فریتی می شود، تشکیل یون های می باشد. این یون ها بواسطه‌ی انتقال الکترونی میان یون های و تشکیل می شوند. وقتی انتقال الکترون از یون به در داخل مکان های اکتاهدرال، انجام می شود، این مسئله موجب تغییر در سطح انرژی کریستال به عنوان نتیجه ای از انتقال می شود. افت ناگهانی در مقاومت dc بعد از زینترینگ در دمای ، عمدتا به دلیل تشکیل یون های می باشد.
تفاوت در ریزساختار و می تواند برای توضیح تفاوت آنها از لحاظ مقاومت dc مورد استفاده قرار گیرد. دارای تخلخل های مختلفی هستند . دارای ساختار اسکلتی صلب است در حالی که نمونه ی 〖 دارای دانه های مدور است که به خوبی به هم پک شده اند. تخلخل ها در ایزوله شده اند در الی که تخلخل ها در Mg1-xCuxFe1.98O4 با هم در ارتباطند. در نتیجه، تخلخل ها در به عنوان عایق عمل می کنند ولی در می توانند به عنوان مسیرهای رسانا عمل می کنند که در آنها ناخالصی هایی مانند آب گیر می افتند.
ثابت دی الکتریک بالای کریستال های فریتی عمدتا به دلیل پلاریزاسیون اتمی و الکترونی در دانه های سرامیکی، بوجود می آید. ثابت دی الکتریک سرامیک های فریتی پلی کریستال همچنین بوسیله‌ی ریزساختار، اندازه‌ی دانه، دانسیته و حضور ناخالصی ها، تحت تأثیر قرار می گیرند. وابستگی نفوذپذیری مغناطیسی به اندازه‌ی دانه، بوسیله‌ی اثر ماکسول- واگنر، توصیف می شود. در این جا، سرامیک های فریتی به عنوان دانه های رسانای در نظر گرفته می شوند که بوسیله‌ی لایه های با رسانایی کم تر، از هم جدا شده اند. افزایش در اندازه‌ی دانه موجب کاهش کسر حجمی مرزدانه ها، می شود و بنابراین، موجب افزایش ثابت دی الکتریک می شود. تخلخل (دانسیته) همچنین دارای اثر دوگانه بر روی ثابت دی الکتریک است. تخلخل بسته موجب کاهش ثابت دی الکتریک می شود زیرا ثابت دی الکتریک هوا برابر با 1 است. تخلخل های باز با ناخالصی های جذب شده، ممکن است ثابت دی الکتریک را افزایش دهند، علت این مسئله ثابت دی الکتریک بالای آب است. عیوب ساختاری یا ناقص بودن ساختار، می تواند پلاریزاسیون را افزایش دهد.
حضور در فریت ها، همواره منجر به ایجاد نفوذپذیری مغناطیسی بالا می شود. علت این مسئله، این است که دارای پلاریزاسیون بزرگتری نسبت به است. یون دارای پیکربندی الکترونی لایه‌ی d است و ابر الکترونی آن دارای تقارن کرو ی است، در حالی که دارای الکترون اضافی نسبت به یون است. این مسئله موجب ایجاد عدم تقارن در ابر الکترونی می شود. به عنوان یک نتیجه، حضور موجب افزایش پلاریزاسیون در فریت ها، می شود. از این رو، فریت های دارای تعداد بیشتر ، به احتمال زیاد دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالاتری هستند.
تانژانت اتلاف دی الکتریک سرامیک های فریتی پلی کریستال، بوسیله‌ی چندین فاکتور تعیین می شود. برای مثال: ریزساختارها، حضور ناخالصی و نقص شبکه. به هر حال، سهم قابل توجهی از تانژانت اتلاف دی الکتریک از اتلاف رسانایی حاصل می شود. این اتلاف رسانایی از انتقالات الکترونی میان یون های و حاصل شده است (مخصوصا در فرکانس های پایین). در این زمینه، افزایش در ثابت دی الکتریک به دلیل حضور یون های ، عموما نامناسب است زیرا این مسئله همواره با تانژانت اتلاف بسیار بالا همراه است.
به دلیل داشتن خاصیت استحکام بهبود یافته و رشد مناسب دانه ها، همواره دارای ثابت دی الکتریک بالاتر نسبت به است.
یک پرش در ثابت دی الکتریک و تانژانت اتلاف دی الکتریک در نمونه های سنتز شده
و مشاهده می شود. این پرش به ترتیب با افزایش دمای زینترینگ از دمای حدود 1200 به و از 1100 به ، مشاهده شده است. این مسئله به خاطر تشکیل یون های می باشد. ثابت دی الکتریک نسبی تقریبا به طور یکنواخت با افزایش غلظت Cu و دمای زینترینگ، افزایش می یابد. این روند افزایش در ثابت دی الکتریک نسبی به دلیل افزایش در اندازه‌ی دانه و بهبود خواص زینترینگ (به دلیل حضور مس) ایجاد شده است. غلظت بحرانی مس در ثابت دی الکتریک مشاهده نشده است که علت آن اتلاف های حاصله از اثر تخلخل ها می باشد.
این فهمیده شده است که غلظت مس دارای اثر قابل توجهی بر روی خواص مغناطیسی سرامیک های
ندارد. اثر دمای زینترینگ بر روی ثابت دی الکتریک موهومی این فریت ها، به طور مناسب بوسیله‌ی مدل مدار مغناطیسی، توضیح داده می شود. عموما سرامیک های بر پایه‌ی
دارای خواص مغناطیسی-دی الکتریکی مورد تأییدی نیستند، زیرا تانژانت اتلاف آنها نسبتا بالاست. در این مورد، اکسید مس به عنوان کمک زینتر برای سرامیک های فریتی، کافی نیست و به دلیل اهمیت تانژانت اتلاف دی الکتریک، باید توجه خاصی به این مقوله اختصاص داد.
بهبود های دیگر در خواص دی الکتریک و مغناطیسی سرامیک های با وارد کردن Co و تشکیل قابل حصول می باشد. یک مثال جالب توجه از این مواد، در مقدار1/0=yاست. به عنوان یک نتیجه، از افزودن کبالت، مقاومت dc افزایش می یابد. میزان این افزایش به اندازه‌ی یک مرتبه بالاتر از دامنه برای نمونه های زینتر شده در دماهای پایین می باشد (1050 و ). این مسئله به دلیل این حقیقت اتفاق می افتد که حضور کبالت موجب تغییر در مکانیزم رسانایی سرامیک های فریتی می شود. با جایگزینی کبالت در فریت ها، رسانش نوع pایجاد می شود.این رسانش از طریق انتقال حفره میان Co(2+) و انجام می شود. در یک دمای زینترینگ معین، ثابت دی الکتریک کاهش می یابد (تقریبا بدون تغییر با افزایش غلظت Co).
آنیزوتروپی مگنتوکریستالی بیشتر فریت های اسپینلی مقدار منفی و کوچک است. یون های Co در آنیزوتروپی مگنتوکریستالی، مشارکت قابل توجهی دارند. ورود Co قابلیت تغییر و خنثی شدن آنیزوتروپی مگنتوکریستالی بیشتر فریت ها، را فراهم می آورد. مخصوصا سرامیک های زینتر شده در دمای و زمان 2 ساعت، دارای نفوذپذیری مغناطییسی و ثابت دی الکتریک نزدیک به 10 هستند و تانژانت اتلاف دی الکتریک آنها نیز در گستره‌ی 2-30 MHz، کمتر از 01/0 است. بنابراین، انعکاس در به طور قابل توجهی بیشتر از می باشد.
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون بلامانع می باشد.