[01721180]5G通信用低成本高性能锂基尖晶石微波介质材料的设计制备与结构性能调控

项目属于信息科学应用基础研究领域。 微波介质陶瓷是现代通信技术的核心，属国家战略性关键电子材料。随着科技的迅猛发展，器件的轻量化和低成本化是其必然趋势，探索新型低密度、低烧结温度与原料成本、高性能的新型微波介质材料具有重要的战略科学意义和应用价值。微波介质陶瓷的理论研究缺乏，明确其微结构对性能的调控机理对实现该类材料的科学裁剪具有极其重要的意义。该项目以AB₂O₄尖晶石结构为基础，以总体化合价和离子数平衡为原则，通过引入低熔点物质Li以及贱、轻金属离子Mg、Zn、Co、Ti，设计制备了系列低密度、低成本、高性能微波介质材料，揭示了材料有序/无序相结构、晶界调控以及晶胞膨胀对性能的内在调控机制和方法，成果得到了国内外同行的广泛认可。主要发现点包栝： 1.首次设计制备了系列B位有序的(Li_0.5M_0.5)(Li_0.5Ti_1.5)O₄[M=Zn、Mg、Co、(Zn,Co)]锂基尖晶石微波介质材料，揭示了晶胞四面体膨胀效应对其性能的内在作用机理，晶胞四面体膨胀效应的降低可以显著优化材料的微波介电性能。基于取代固溶改性原理，利用Co取代Zn，成功将其温度系数调节至近零，获得了系列面向5G微波器件应用的新型介质材料。论文发表在国际知名学术刊物，被SCI引用145次。 2.率先设计制备了系列8位无序的MLi_2/3Ti_4/3O₄(M=Zn、Mg、Co)锂基尖晶石微波介质材料，对比揭示了晶胞四面体膨胀效应和有序/无序结构对其性能的内在作用机理，晶胞四面体膨胀效应的降低和有序结构可以显著优化材料的微波介电性能。基于复合机制，通过加入具有较大温度系数的CaTiO₃或TiO₂，成功将其温度系数调节至近零，获得了系列新型微波介质材料。论文发表在国际知名学术刊物，被SCI引用142次。 3.基于传统陶瓷制备工艺，成功探索出一种新型BaCu(B₂O₅)(BCB)普适性陶瓷烧结助剂，克服了传统玻璃烧结助剂制备工艺繁琐、成本高等缺点。通过加入少量的BCB，利用液相烧结机理，通过晶界调控在不恶化材料性能的前提下成功将锂基尖晶石陶瓷的烧结温度降至〜900℃，获得系列低温共烧LTCC材料，部分研究成果成功取代了国外同类材料配方，打破了国外公司的垄断。论文发表在国际知名学术刊物，被SCI引用217次。 该项目8篇代表作均发表在国际主流SCI期刊上，被SCI引用287次，其中他引164次，在国内外专业学术会议做邀请报告7次。