调控 BaZrO3-Ca(Mg1/3Nb2/3)O3体系结构，解锁高性能微波介电材料新突破

随着 5G 和卫星通信发展，高性能微波介电材料需求剧增。研究人员针对钙钛矿陶瓷微波介电性能受限问题，研究 (1-x) BZ-xCMN 体系。结果提升了 Q×f，调节了 τf，还制出天线。该研究为终端通信提供新思路。

　　在现代通信领域，5G 网络的飞速扩张与卫星导航、通信系统的广泛应用，对高性能微波介电材料提出了迫切需求。这类材料在微波电路中起着关键作用，其高介电常数（ε_r）、低介电损耗和近零谐振频率温度系数（τ_f）等特性，是保障信号稳定传输与高效处理的基石。钙钛矿基陶瓷体系因具备可调节的介电性能和良好的化学稳定性，成为极具潜力的候选材料。然而，钙钛矿氧化物复杂的多晶型结构，却严重制约了其微波介电性能的提升，导致 Q×f（品质因数与频率的乘积）和 τ_f变化显著，难以满足实际应用需求。

为攻克这一难题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于 BaZrO₃和 Ca (Mg_1/3Nb_2/3)O₃的二元相体系 (1-x) BZ-xCMN ，通过巧妙地调控晶体结构和微观结构，探索提升微波介电性能的新路径。该研究成果发表在《Applied Materials Today》上，为微波介电材料的发展带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：采用固相反应法合成 (1-x) BZ-xCMN 陶瓷，利用粉末 X 射线衍射（PXRD）分析相结构，借助拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究键振动特性。

研究结果主要包括以下几个方面：

• 多样的微波介电性能：在不同的烧结温度下成功制备了陶瓷样品。随着 x 值的增加，样品的堆积密度从 5.33 g/cm3 降至 4.39 g/cm3 。经 PXRD 检测，(1-x) BZ-xCMN 体系的相态纯净。微波介电性能得到显著提升，Q×f 从 x = 0.5 时的 1850 GHz 呈指数增长至 x = 0.95 时的 46740 GHz；τ_f在 x = 0.5 时为 + 94.0 ppm/°C，到 x = 0.98 时变为 -52.6 ppm/°C ，在 x = 0.8 时接近零。
• 稳定的介电常数温度依赖性：材料的 ε_r在 - 100 至 300°C 的宽温度范围内表现出稳定的温度依赖性，这一特性确保了其作为电子元件时的可靠性。
• 天线的制备与模拟：研究人员还成功制备了天线，并模拟出其谐振频率为 4.89 GHz，带宽约为 40 MHz 。

研究结论表明，通过设计 BaZrO₃和 Ca (Mg_1/3Nb_2/3)O₃的二元相体系，研究人员成功建立了性能、成分和结构之间的三元关系，实现了微波介电性能的大幅提升。(1-x) BZ-xCMN 体系从立方相到正交相的结构演变，促进了更致密的晶粒生长，增强了阳离子 - 阴离子键合，从而优化了材料的介电性能。

这项研究的意义重大。它不仅揭示了结构与介电性能之间的内在联系，为深入理解钙钛矿陶瓷的性能调控机制提供了理论依据，还为开发适用于终端通信应用的高性能微波介电材料开辟了新方向。未来，有望基于此研究成果，进一步优化材料设计，推动 5G 通信、卫星通信等领域的发展，让人们享受到更快速、更稳定的通信服务。