近日，材料科学与工程学院李月明教授团队在材料领域国际著名顶级期刊《Advanced Functional Materials》（中科院1区top，IF =19.0，CiteScore= 27.7）上发表了题为《Synergistic Dual-Phase and Microstructure Engineering toward Temperature-Stable, Ultra-Low Loss Li₂TiO₃-Based Microwave Dielectric Ceramic》的学术论文。2023级硕士研究生王祖伟为第一作者，材料科学与工程学院郭欢欢老师与李月明教授为论文通讯作者，景德镇陶瓷大学为第一署名单位。

微波介质陶瓷具有优异的介电性能和高机械可靠性，是推动现代高频电子器件和下一代通信技术发展的关键。然而，在单一材料体系中同时实现温度稳定性和超低损耗仍然是一个艰巨的挑战。Li₂TiO₃其独特的阳离子有序单斜-无序立方相变为协同调控微波介电性能提供了独特的途径。

图1获得具有超高Q×f、近零TCF和可靠机械性能的新型Li₂TiO₃基陶瓷的策略示意图

本研究通过LiF触发的原位相变，在Li₂Ti_0.95(Ga_1/2Ta_1/2)_0.05O₃陶瓷中成功构筑了单斜-立方双相结构。该独特结构有效平衡了单斜相(正TCF)和立方相(负TCF)之间对立的谐振频率温度系数(TCF)，从而实现了温度稳定性。此外，通过电荷补偿抑制氧空位缺陷的产生，并结合LiF辅助的液相烧结以促进微观结构致密化，从而获得了超低介电损耗。受益于这种协同效应，优化后的Li₂Ti_0.95(Ga_1/2Ta_1/2)_0.05O₃-2wt.% LiF (LTGT-2LF)陶瓷表现出优异的综合性能，其Q×f值高达126,760 GHz，TCF接近于零(+9.7 ppm/°C)，并具有可靠的机械强度(弯曲强度= 151.7 MPa)。为了展示其在实际应用中的潜力，设计并制作了一个基于LTGT-2LF陶瓷的圆柱介质谐振器天线(CDRA)，该天线具有高增益(4.6-5.3 dBi)和高辐射效率(> 80%)。本工作为设计高性能微波介质陶瓷提供了一种可行的策略。

图2 LTO与LTGT-xwt.% LF (x= 0 - 10)陶瓷的结构表征。(a) XRD图谱，(b)拉曼光谱，(c)拉曼光谱二维等高线图，(d)样品实物照片及相结构转变示意图，(e-i)代表性样品的Rietveld细化图，以及(j)相含量随x值的变化

图3 LTGT-2 LF陶瓷的EBSD分析。(a)实验区域的SEM图像，(b) EBSD相图(区域：单斜相，红色区域：立方相)，(c)几何必需位错密度(GND)图，(d)双相晶体结构示意图，(e)相含量，以及(f-h)沿着RD、TD和ND方向的晶粒取向分布图

图4 LTGT-xLF陶瓷的微波介电性能分析。(a) TCF，(b)介电常数，(c)Q×f值，(d)将LTGT-xLF(x= 6、8、10)陶瓷的TCF与各种立方岩盐结构陶瓷对比图，(e) LTO和LTGT-xLF(x= 0，2)陶瓷的电子顺磁共振（EPR）表征结果，以及(f)文献对比图