華中科技大學呂文中/雷文團隊：發現反常溫頻特性低介微波材料

猜猜. 6年前 (2017-10-26) 5074瀏覽

【成果簡介】

9月13日，呂文中教授和雷文副教授團隊的研究論文以“Controllable τ_f value of barium silicate microwave dielectric ceramics with different Ba/Si ratios”為題在線刊發在J. Am. Ceram. Soc.上。雷文副教授為論文第一作者，呂文中教授和雷文副教授為共同通訊作者。至此，呂文中教授和雷文副教授團隊關于低介微波介質陶瓷τf值的新型調控機制的構建與實現、反常溫頻特性材料的獲取和調控效果的驗證等系列成果，均發表在陶瓷學三大國際頂級期刊上。上述系列研究成果得到了國家自然科學基金面上項目（NSFC-51572093、51772107）資助，為研制高穩定性5G毫米波諧振器和濾波器等通信器件提供了重要的理論支持和材料保障。

【圖文導讀】

圖1?在空氣中，致密化溫度下燒結3 h的Ba_{1 + 1 / M} [Si₂O_{5 + 1 / M}]陶瓷的XRD圖

（a）M = 1，1200℃;

（b）M = 3，1300℃;

（c）M = 4，1200℃;

（d）M = 5，1250℃;

（e）M = 7，1200℃;

（f）M =∞，1250℃。

圖2 Ba_{1 + 1 / M} [Si₂O_{5 + 1 / M}]陶瓷的ε_r和tanδ與溫度的關系

（a）M = 4，在1200℃燒結;

（b）M = 5，在1200℃和1250℃下燒結。

【研究內容】

低介微波介質陶瓷是5G毫米波諧振器和濾波器等通信器件的關鍵材料，其τ_f值直接決定了通信器件在不同溫度環境下收發信號的穩定性和可靠性，通常期望其值近零。但低介微波介質陶瓷的τ_f值通常為負值，且介電常數（ε_r）越小，τ_f值呈現出越負的趨勢。為了獲得近零的τ_f值，通常需要添加具有正τ_f值的Ti基（TiO₂、CaTiO₃和SrTiO₃）溫頻特性調控劑，但經常會遇到Ti⁴⁺離子變價時介質半導化或與基體材料反應而喪失調控能力等難題。為此，呂文中/雷文團隊另辟蹊徑，在低介Ba₂Zn_(1+x)Si₂O_(7+x)微波介質陶瓷中發現了罕見的弱鐵電性現象（如圖1）（Ceram. Int., 2016, 42: 16387-16391. 碩士生鄒正雨為論文第一作者，雷文為論文通訊作者），通過控制Zn²⁺含量和Ba/Si比值達到了調控τf值的目的，并獲得了具有反常溫頻特性的Ba₅Si₈O₂₁陶瓷（τ_f = +25ppm/°C），打破了ε_r值在8以下無正τ_f值材料的記錄（J. Eur. Ceram. Soc., 2017, 37:3065-3071. 碩士生鄒正雨和陳澤皓為論文共同第一作者，呂文中和雷文為論文共同通訊作者）（J. Am. Ceram. Soc., 2017, doi: 10.1111/jace.15205. 雷文副教授為論文第一作者，呂文中和雷文為共同通訊作者）。通過與BaAl₂Si₂O₈復合制備出近零τ_f值的低介微波介質陶瓷材料（Ceram. Int., 2017, 43: 14453-14456. 碩士生宋小強為論文第一作者，雷文為論文通訊作者），解決了BaAl₂Si₂O₈難用TiO₂調控的難題。