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破解介电性能相互制约难题

西安交大在介电可调复合材料研究取得新突破

2026-09-02 14:16:27 来源:西北在线

本报讯(记者 张倩)9月2日,记者从西安交通大学获悉,电信学部周迪教授团队在介电可调复合材料领域取得重要科研突破。相关研究成果以《准并联铁电复合材料解耦介电常数与可调率的相互制约》为题,发表于国际权威期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,IF=19.9),为微波通信、雷达系统核心器件材料研发提供新思路。

铁电材料是制造可变频滤波器、可调谐移相器等微波器件的关键材料,在现代通信与雷达装备领域具备广阔应用前景。但该类材料存在技术痛点:想要获得高可调率,往往需要材料具备很高介电常数,进而引发阻抗失配,系统不得不增设复杂匹配电路;采用聚合物与铁电陶瓷复合的传统方案,又容易削弱陶瓷材料的非线性响应,制约器件性能提升。

团队通过有限元模拟发现,并联构型能够保留陶瓷相内部强电场分布,维持复合材料高可调率。依托前期研发得到高可调率的Bi₆Ti₅WO₂₂陶瓷体系,科研人员采用冰模板法,构建陶瓷相沿电场方向连续贯通的“准并联”架构,实施颗粒、壁体跨尺度协同工艺优化。三维μCT表征证实,超过80%陶瓷结构取向倾角小于10°,实现陶瓷壁体高度有序连续排布。实验样品在30 kV/cm条件下实现50%介电可调率,同时将介电常数由纯陶瓷的3300降至490,有效破解介电常数与可调率互相牵制的技术矛盾。

据了解,研究团队基于材料真实三维结构开展有限元仿真,进一步探明陶瓷壁宏观倾斜、弯曲、结构不连续,是实际性能与理想并联理论上限存在差距的主要诱因,为后续材料工艺迭代优化指明方向。

责任编辑:王菲
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