【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】介電常數(shù)能隨偏置電場(chǎng)變化的鐵電材料已成功應(yīng)用于制造可變頻濾波器、可調(diào)諧移相器等核心微波器件，在現(xiàn)代通信與雷達(dá)系統(tǒng)中展現(xiàn)出重要應(yīng)用潛力。然而，作為該領(lǐng)域廣泛研究的經(jīng)典體系，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶鋇((Ba,Sr)TiO3)陶瓷長(zhǎng)期面臨難以兼顧高可調(diào)率與低介電損耗的技術(shù)瓶頸。
 

　　針對(duì)這一難題，西安交通大學(xué)電信學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院周迪教授團(tuán)隊(duì)在近年的研究中揭示了非鈣鈦礦構(gòu)型的Bi6Ti5WO22(BTWO)弛豫鐵電體陶瓷體系優(yōu)異性能的成因，解析了該組分的準(zhǔn)確晶格結(jié)構(gòu)，并初步闡明了其高可調(diào)率與低損耗共存的物理機(jī)制(Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2210709；Nature Communications, 2024, 15, 3754)。
 

　　盡管前期工作已成功制備出單相致密的BTWO陶瓷，但研究發(fā)現(xiàn)，其晶體結(jié)構(gòu)的兼容性允許部分W6+/Ti4+共享晶格占位。此外，理論計(jì)算結(jié)果表明，局部原子構(gòu)型不同對(duì)材料的極化貢獻(xiàn)影響顯著，這意味著輕微的組分和結(jié)構(gòu)波動(dòng)就足以改變極化的宏觀響應(yīng)。為進(jìn)一步發(fā)掘BTWO體系的潛力，團(tuán)隊(duì)近期提出了一種系統(tǒng)的組分調(diào)控策略：在固定W6+含量(陽(yáng)離子占比10 mol.%)的前提下，精細(xì)調(diào)節(jié)Bi3+的含量(47 - 51.5 mol.%)。如圖1所示，為了確保相關(guān)組分的精確合成，團(tuán)隊(duì)引入了溶膠-凝膠(Sol-gel)合成工藝，有效克服了傳統(tǒng)固相反應(yīng)法因高溫?zé)Y(jié)導(dǎo)致的元素?fù)]發(fā)、組分偏離及微觀均勻性不足等問(wèn)題。
 

　　研究結(jié)果表明，在最優(yōu)組分(BTWO-49Bi)下，陶瓷實(shí)現(xiàn)了高的致密化與相純度。結(jié)合拉曼光譜(Raman)半高寬(FWHM)的統(tǒng)計(jì)學(xué)定量分析證實(shí)，該最優(yōu)組分下的局部晶格差異被降至最低，這種微觀結(jié)構(gòu)的高度均勻性賦予了本征極性納米微區(qū)(PNRs)更高的轉(zhuǎn)向自由度，使其能夠?qū)ν獠侩妶?chǎng)做出高度協(xié)同的響應(yīng)。在30 kV cm-1的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)下，該材料實(shí)現(xiàn)了≈ 60%的介電可調(diào)率，同時(shí)介電損耗(tan δ)維持在~ 10-4的量級(jí)，最終獲得了高達(dá)≈ 1500的優(yōu)值因子(FOM)。該工作為后續(xù)通過(guò)抑制結(jié)構(gòu)無(wú)序來(lái)改善介電性能提供了設(shè)計(jì)思路。
 

　　該研究成果以《通過(guò)組分調(diào)控打破Bi6Ti5WO22基弛豫鐵電陶瓷的“可調(diào)率–損耗”制約關(guān)系》(Breaking the Tunability–Loss Trade-off in Bi6Ti5WO22-Based Relaxors via Nominal Compositional Tuning)為題，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials, IF=19.9)發(fā)表，西安交通大學(xué)為該論文第一完成單位。西安交通大學(xué)電信學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生李祥坤為論文第一作者，周迪教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
 

　　引用：西安交大周迪教授團(tuán)隊(duì)在介電可調(diào)陶瓷領(lǐng)域取得新進(jìn)展 西安交通大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年6月22日】