高压稳定K2 NiF4 型CaSmGaO4 陶瓷的高介电常数特性研究

研究人员针对5G通信对低损耗、高稳定性微波介质材料的迫切需求，通过高压技术将正交相（o-CaSmGaO4 ）转化为四方相（t-CaSmGaO4 ），发现后者虽介电常数（εr ）提升至20.2，但Q×f值骤降至21,861 GHz，揭示了晶格应变与阳离子无序对性能的影响，为下一代通信器件设计提供关键材料学依据。

　　

随着5G技术对毫米波器件小型化与稳定性的要求日益严苛，微波介质材料需同时满足低介电损耗（ε_r
）、高品质因子（Q×f）及近零温度系数（τ_f
）的"不可能三角"。传统材料如LiMSiO₄
虽具超低介电常数（<10），但难以兼顾高频稳定性。广西壮族自治区自然科学基金与国家自然科学基金支持的研究团队另辟蹊径，聚焦AMXO₄
（A=Ca；M=Sm；X=Ga）体系，通过高压技术首次实现正交相（空间群Pna2₁
）向四方相（空间群I4/mmm）的定向转化，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究采用高压固相反应法（6 GPa/1200℃）与同步辐射X射线衍射（XRD）精修，结合介电性能测试系统，揭示相变对性能的调控机制。

Phase formation and Crystal structure
通过XRD精修确认高压样品为纯四方相（a=3.80 ?，c=12.00 ?），其系统消光规律与K₂
NiF₄
型结构匹配。相比正交相95.8%的相对密度，四方相因晶格畸变导致致密度下降。

Conclusions
正交相CaSmGaO₄
展现出优异综合性能（ε_r
=10.3，Q×f=61,735 GHz，τ_f
=-50 ppm/℃），而四方相虽ε_r
翻倍至20.2，但Q×f值暴跌65%，归因于1.051 eV的低活化能与全局不稳定性指数（GII）升高。

该研究首次建立CaSmGaO₄
相变-性能关联模型，指出高压相在滤波器设计中的潜在价值，同时警示阳离子无序对介电损耗的负面影响，为《Nature Materials》曾报道的"介电常数-损耗权衡"困境提供新案例。作者Leran Zeng与Congling Yin强调，未来可通过稀土元素掺杂调控GII值，有望突破现有性能瓶颈。