无机材料学报 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (6): 561-562.DOI: 10.15541/jim20251000
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WU Di1(), LEI Wen2(
), MA Mingsheng3(
)
摘要:
电介质材料是一类重要的功能材料, 从5G/6G通信的高速传输到智能传感器的精准感知, 都离不开电介质材料独特的介电、压电与铁电特性。随着材料设计从宏观尺度深入到原子层面, 性能优化从经验积累转向数据智能驱动, 电介质材料研究领域已迈入新阶段。
通过精确调控电介质材料中的晶体缺陷、畴结构和界面特性, 可以使电介质材料性能获得进一步突破。例如, 采用织构化技术显著提升了铅基压电陶瓷的性能; 通过调整Ruddlesden-Popper结构的维度发现了新型铁电态; 微波介质陶瓷在保持介电常数的同时提高了温度稳定性, 为高频器件发展提供了新可能。这些研究进展表明, 材料微结构的精确设计和多维度调控已成为电介质材料发展的主要方向之一。
本专刊汇集了国内电介质材料领域的最新研究成果。王轲研究员和李飞教授分别从不同角度深入剖析了铅基织构压电陶瓷的进展; 刘小强教授详细解析了Ruddlesden-Popper结构铁电体的非常规铁电性物理机制; 李恩竹教授通过P-V-L键理论, 为微波介质陶瓷的性能优化提供了分子层面的设计指导; 周迪教授重新评估了Ba(Nd1/2Nb1/2)O3陶瓷的价值; 李玲霞教授则在MgNb2O6陶瓷太赫兹介电性能方面有了新的突破, 推进了微波介质陶瓷的研究进展。
在具体技术突破方面, 方亮教授发现了Rattling效应新机制, 为改善微波介质陶瓷的温度稳定性提供了新的思路; 雷文研究员和张博研究员分别采用离子掺杂策略提升了微波介质陶瓷的性能; 朱建国教授和周志勇研究员分别通过自掺杂策略, 提升了无铅压电材料的性能; 汪尧进教授通过调控相界与畴工程, 优化了PZT基陶瓷的压电性能, 进一步验证了“结构决定性能”的基本规律。
制备技术和表征方面的进展同样值得关注。郑木鹏团队总结的低温烧结技术, 以及刘志甫研究员和马名生研究员开发的复合氧化物烧结助剂, 都有效降低了陶瓷的烧结温度; 温峥教授与许钫钫研究员分别利用压电力显微镜(PFM)与电子能量损失谱(EELS)技术, 分析了超薄膜的弛豫特性与多层陶瓷电容器(MLCC)元素的精准结构, 为微型化电介质器件的研发奠定了基础。这些突破不仅推动了科研成果的产业化, 也为开发新型、高性能材料体系提供了支持。
展望未来, 电介质材料将呈现三个主要发展趋势: (1) 理论研究将由经验模型转向多尺度计算, 结合机器学习实现材料设计的智能化; (2) 材料性能研究将由单一特性向光电-力-热多场耦合发展, 开发出具有环境适应能力的新型材料; (3) 制备技术将从宏观加工迈向原子级制造, 通过外延生长、拓扑组装等技术制造新型功能材料。这些技术将推动电介质材料在量子计算、太赫兹通信、人形机器人等领域发挥关键作用。
最后, 向所有致力于电介质材料研究的科研工作者致敬。期待通过学科交叉与产学研合作, 电介质材料领域能持续产出创新成果, 为科技进步和社会发展作出更大贡献。