清华大学材料学院林元华团队与合作者在微波介质陶瓷方面取得研究新进展

微波介质陶瓷是支撑5G、6G通信天线、谐振器、滤波器等核心射频器件迭代升级的关键基础材料，其综合性能直接决定高端通信设备的服役效能。该材料的核心性能由三大关键参数共同界定：相对介电常数（εr）主导器件小型化集成能力，品质因数（Q×f）决定信号传输损耗水平，谐振频率温度系数（τf）表征器件高温工作稳定性。长期以来，三大核心参数存在制衡关系，难以实现同步优化，成为制约高性能微波通信器件技术突破的核心瓶颈。

近日，清华大学材料学院林元华院士团队创新提出构型熵工程调控策略，将构型熵（Sconfig.）作为结构调控因子，依托构型熵相稳定调控特性，实现对氧八面体中心离子位移、金属-氧（M-O）键共价性及八面体畸变程度的连续精准调控，成功突破性能制衡难题，实现相对介电常数、品质因数、谐振频率温度系数三大核心性能的协同优化。

研究团队将该熵工程调控策略应用于铌铁矿型ANb2O6体系，实现综合性能优异的微波介质陶瓷材料，εr≈22.3、Q×f≈140000 GHz，及近零谐振频率温度系数（τf=−14.8 ppm/°C），材料整体综合性能达到国际先进水平。基于该新型微波陶瓷材料完成介质谐振器天线原型器件在5-8.5 GHz工作频段内具备高频率选择特性，辐射效率>99.98%。同时，该调控机制具备良好的普适性，研究团队在ATiO3、AAl2O4等多种八面体结构的微波陶瓷体系中均验证了熵工程的调控有效性。该成果为同类结构、相似组分的功能陶瓷材料高性能化设计提供了全新结构设计路径，具有广阔的科研推广价值与产业应用前景，将为5G/6G新一代高端通信器件的轻量化、低损耗、高稳定化发展提供坚实的材料支撑。

图1.氧八面体结构指标及预期对应性能随构型熵的变化

图2.熵调控材料微波性能与器件验证

相关研究成果以“面向先进微波陶瓷的熵工程策略”（Entropy engineering for advanced microwave ceramics）为题，于9月4日在线发表在《自然·通讯》（Nature Communications）。

清华大学材料学院2022级博士生曾锦全为论文第一作者，清华大学材料学院林元华院士、北京清华大学前沿交叉创新研究院副研究员戚俊磊为论文共同通讯作者。

研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金、河北清华发展研究院概念验证项目、教育部绿色萃取与轻稀土高效利用重点实验室开放基金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-77398-z

供稿：材料学院

编辑：李华山

审核：王晓霞