中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日,，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系講席教授汪宏課題組在低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料研究中取得進(jìn)展,，相關(guān)成果在陶瓷材料領(lǐng)域頂尖期刊Journal of the American Ceramics Society上發(fā)表,。

高性能計(jì)算,、移動(dòng)通信,、人工智能和汽車電子領(lǐng)域的最新進(jìn)展導(dǎo)致對(duì)具有高性能和集成能力的電子產(chǎn)品的需求不斷增加,。隨著移動(dòng)通信,，衛(wèi)星通信技術(shù)的更新迭代，人們對(duì)于通信時(shí)頻段的要求越來(lái)越高,。對(duì)于高頻應(yīng)用,，低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料是理想的，因?yàn)椴粌H可以減少通訊信號(hào)傳輸延遲,，還可以最大限度地減少走線和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的寄生電容,。另外，介電損耗,，是材料內(nèi)部吸收并作為熱量耗散的電磁能量的量度,，具有低介電損耗（即高品質(zhì)因子）的材料對(duì)于高性能和高功率應(yīng)用是理想的。同時(shí),，為了適應(yīng)可穿戴無(wú)線通訊設(shè)備和器件多功能集成化的快速發(fā)展，以及滿足低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)的應(yīng)用要求,，陶瓷材料發(fā)展的新趨勢(shì)需要同半導(dǎo)體,、聚合物和金屬共燒，這就要求陶瓷材料具有較低的燒結(jié)溫度,。因此,，制備出能在低溫下燒結(jié)，同時(shí)具有高品質(zhì)因數(shù)（Qf）的低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷材料對(duì)于開(kāi)發(fā)下一代高性能電子器件具有重要意義,。

本工作系統(tǒng)地研究了MgO-MoO₃二元體系,，充分揭示了MgO-MoO₃體系中化合物的相組成、晶體結(jié)構(gòu),、燒結(jié)性能和微波性能,。該體系可以在685℃至900℃的溫度范圍燒結(jié)，并且具有優(yōu)異的微波介電性能,，介電常數(shù)為5.41--—6.89,，品質(zhì)因數(shù)為100,000—130,000GHz,，頻率溫度系數(shù)為-40ppm/℃—-70 ppm/℃。此外,，以該體系陶瓷為基板,，設(shè)計(jì)并制作了性能優(yōu)異的微帶貼片天線，表明所開(kāi)發(fā)的陶瓷在微波器件中具有實(shí)際應(yīng)用潛力,。

結(jié)構(gòu)表征是研究陶瓷材料微波介電性能的一個(gè)重要方面,。在文中，作者通過(guò)粉末衍射法結(jié)合Match,，Endeavour和GSAS軟件,，首次得出β-MgMo₂O₇的晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)X射線衍射（XRD）,，熱重分析（TG）以及能量色散儀譜（EDS）揭示了MgO-MoO₃體系中的相變過(guò)程,。

 圖1 β-MgMo₂O₇、α-MgMo₂O₇和MgMoO₄的晶體結(jié)構(gòu)以及相變機(jī)理,。

從陶瓷樣品斷面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像中可看到,，陶瓷材料在燒結(jié)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)致密化，孔隙數(shù)量隨燒結(jié)溫度的提高而明顯減少,。同時(shí),，不同燒結(jié)溫度下，陶瓷材料的晶粒尺寸,，均勻性等微觀結(jié)構(gòu)明顯不同,。文中作者詳細(xì)討論了陶瓷材料的致密度，微觀結(jié)構(gòu)等對(duì)微波介電性能的影響,，細(xì)致分析了性能–結(jié)構(gòu)關(guān)系,。

圖2 不同燒結(jié)溫度下β-MgMo₂O₇陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸分布（A）650℃；（B）675℃,；（C）685℃,；（D）700℃；以及MgMoO₄陶瓷（E）800℃,；（F）850℃,；（G）900℃；（H） 950℃,。

文中報(bào)道的MgO-MoO₃體系陶瓷具有出色的微波介電性能,。其中，β-MgMo₂O₇可以在685℃的低燒結(jié)溫度下實(shí)現(xiàn)致密化,，Q_f值為125230GHz,、ε_r值為6.09和τ_f值為-42ppm/℃。MgMoO₄在900℃下燒結(jié),，其Q_f值為118110GHz,，ε_r值為6.89,，τ_f值為-62.4ppm/℃。MgMo₂O₇-MgMoO₄復(fù)合陶瓷在750℃下燒結(jié),，Q_f值為107650GHz,，ε_r值為5.41，τ_f值為-47.1ppm/℃,。與其他典型的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷相比,，所制備的MgO-MoO₃體系陶瓷在燒結(jié)溫度和微波性能方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)。β-MgMo₂O₇,、MgMoO₄和MgMo₂O₇-MgMoO₄陶瓷表現(xiàn)出低的燒結(jié)溫度,。這種特性對(duì)于實(shí)際應(yīng)用是非常理想的，因?yàn)樗试S在較低的溫度下制造電子器件,，最大限度地減少能量消耗并提高制造效率,，并且滿足LTCC技術(shù)的要求。此外,，陶瓷的微波性能也非常出色,。這些陶瓷顯示出超高的Q_f值，表明超低的介電損耗,，并表現(xiàn)出低的介電常數(shù),。這些特性對(duì)于天線等電子設(shè)備的發(fā)展具有重要意義。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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