我院吕文中/雷文团队发现反常温频特性低介微波材料

近日，《美国陶瓷学会会刊》（Journal of the American Ceramic Society）在线刊发了吕文中/雷文团队题为《改变硅酸钡微波介质陶瓷的Ba/Si比来调控其谐振频率温度系数（τ_f）》（Controllable τ_f value of barium silicate microwave dielectric ceramics with different Ba/Si ratios）的论文（J. Am. Ceram. Soc., 2017, doi: 10.1111/jace.15205. 雷文副教授为论文第一作者，吕文中教授和雷文副教授为共同通讯作者）。至此，低介微波介质陶瓷τ_f值的新型调控机制的构建与实现、反常温频特性材料的获取和调控效果的验证等系列成果均发表在陶瓷学三大顶级国际期刊上。

低介微波介质陶瓷是5G毫米波谐振器和滤波器等通信器件的关键材料，其τ_f值直接决定了通信器件在不同温度环境下收发信号的稳定性和可靠性，通常期望其值近零。但低介微波介质陶瓷的τ_f值通常为负值，且介电常数（ε_r）越小，τ_f值呈现出越负的趋势。为了获得近零的τ_f值，通常需要添加具有正τ_f值的Ti基（TiO₂、CaTiO₃和SrTiO₃）温频特性调控剂，但经常会遇到Ti⁴⁺离子变价时介质半导化或与基体材料反应而丧失调控能力等难题。为此，吕文中/雷文团队另辟蹊径，在低介Ba₂Zn_(1+x)Si₂O_(7+x)微波介质陶瓷中发现了罕见的弱铁电性现象（如图1）（Ceram. Int., 2016, 42: 16387-16391. 硕士生邹正雨为论文第一作者，雷文副教授为论文通讯作者），通过控制Zn²⁺含量和Ba/Si比值达到了调控τ_f值的目的，并获得了具有反常温频特性的Ba₅Si₈O₂₁陶瓷（τ_f = +25ppm/°C），打破了ε_r值在8以下无正τ_f值材料的记录（J. Eur. Ceram. Soc., 2017, 37:3065-3071. 硕士生邹正雨和陈泽皓为论文共同第一作者，吕文中教授和雷文副教授为论文共同通讯作者）（J. Am. Ceram. Soc., 2017, doi: 10.1111/jace.15205. 雷文副教授为论文第一作者，吕文中教授和雷文副教授为共同通讯作者）。通过与BaAl₂Si₂O₈复合制备出近零τ_f值的低介微波介质陶瓷材料（Ceram. Int., 2017, 43: 14453-14456. 硕士生宋小强为论文第一作者，雷文副教授为论文通讯作者），解决了BaAl₂Si₂O₈难用TiO₂调控的难题。

上述系列研究成果得到了国家自然科学基金面上项目（NSFC-51572093、51772107）资助，为研制高稳定性5G毫米波谐振器和滤波器等通信器件提供了重要的理论支持和材料保障。 

 附研究论文链接：

1. Controllable τ_f value of barium silicate microwave dielectric ceramics with different Ba/Si ratios. Journal of the American Ceramic Society, 2017, doi: 10.1111/jace.15205. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.15205/full

2. Weak ferroelectricity and low-permittivity microwave dielectric properties of Ba₂Zn_(1+x)Si₂O_(7+x) ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 2017, 37: 3065-3071. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0955221917301887

3. Temperature-stable BaAl₂Si₂O₈–Ba₅Si₈O₂₁-based low-permittivity microwave dielectric ceramics for LTCC applications. Ceramics International, 2017, 43: 14453-14456. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884217316735

4. Novel high Curie temperature Ba₂ZnSi₂O₇ ferroelectrics with low-permittivity microwave dielectric properties. Ceramics International, 2016, 42: 16387-16391. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884216311051