【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】介電常數(shù)能隨偏置電場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，高可調(diào)率(>50%)往往要求介電常數(shù)>1000，由此引發(fā)的阻抗失配迫使系統(tǒng)增加復(fù)雜的匹配電路。為緩解這一矛盾，將低介電常數(shù)聚合物與鐵電陶瓷復(fù)合是廣泛探索的路線。然而有限元模擬結(jié)果所示：傳統(tǒng)0-3或3-3構(gòu)型中聚合物承擔(dān)了大部分電壓，嚴(yán)重削弱了陶瓷的非線性響應(yīng)；唯有并聯(lián)構(gòu)型保持了陶瓷相內(nèi)的強(qiáng)電場分布，從而維持復(fù)合體系的高有效可調(diào)率。
 

　　陶瓷相的本征性能決定了復(fù)合體系的性能上限，在前期工作中，團(tuán)隊(duì)通過組分調(diào)控與溶膠-凝膠合成工藝，在Bi6Ti5WO22體系陶瓷中實(shí)現(xiàn)了≈60%的介電可調(diào)率(Advanced Functional Materials, 2026, 36, e76365)?；诖?，本工作選取該最優(yōu)組分，按照并聯(lián)構(gòu)型思路與低介電聚合物基體復(fù)合：采用冰模板法構(gòu)建陶瓷相沿電場方向連續(xù)貫通的“準(zhǔn)并聯(lián)”架構(gòu)，并提出跨尺度協(xié)同優(yōu)化——顆粒尺度，溶膠-凝膠細(xì)晶粉體提升壁體致密度；壁體尺度，受控定向冷凍抑制壁間橋接、提高取向度。三維μCT重構(gòu)取向分析表明：逾80%的陶瓷相與冷凍方向傾角小于10°，驗(yàn)證了陶瓷壁體優(yōu)異的連續(xù)性以及沿冷凍方向的有序排列。最終，15 vol.%樣品在30 kV/cm下實(shí)現(xiàn)了50%可調(diào)率，同時(shí)，介電常數(shù)從純陶瓷的3300降低至490。
 

　　此外，基于μCT真實(shí)三維結(jié)構(gòu)的有限元模擬首先驗(yàn)證了模型對宏觀介電響應(yīng)隨直流偏置變化趨勢的再現(xiàn)能力。在此基礎(chǔ)上，局部介電常數(shù)變化量的截面圖直觀揭示了壁體彎曲骨架中的宏觀傾斜、壁體彎曲、不連續(xù)等是實(shí)際性能與理想并聯(lián)極限之間差距的主要來源，為后續(xù)工藝優(yōu)化指明了方向。
 

　　該研究成果以《準(zhǔn)并聯(lián)鐵電復(fù)合材料解耦介電常數(shù)與可調(diào)率的相互制約》(Quasi-Parallel Ferroelectric Composites Decoupling the Permittivity-Tunability Trade-Off)為題，在國際知名學(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，電子學(xué)院周迪教授、李睿韜助理教授、中科院上海硅酸鹽研究所林慧興研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(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)復(fù)合材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展 西安交通大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年9月2日】