微波介电陶瓷是无线通信设备的基石，广泛应用于移动通信、卫星雷达、GPS、蓝牙和WLAN应用。由这些陶瓷材料制成的组件，例如滤波器、谐振器和介电天线，广泛用于无线通信网络。

研究检验用于微波/毫米波通信的低介电常数介电陶瓷

随着无线通信频率向更高频段延伸，信号延迟问题变得日益突出。低介电常数(εr)可以减少电磁耦合效应，有效减少信号延迟。

因此，开发新型低介电常数陶瓷材料已成为该领域的一个关键问题。此外，探索介电陶瓷的固有介电响应机制，为性能增强提供理论指导，是该领域研究人员的重点关注点。

山东大学张子东教授领导的研究小组最近报道了一种开创性的轻质、低介电常数、低损耗微波介质陶瓷新体系。该创新系统具有强共价[PO4]四面体框架，结合低熔点LiO2，​​并引入稀土元素以实现高品质因数(Q·f)值。

基于LiO2-Ln2O3-P2O5三元相图，在低于950℃的烧结温度下成功合成了LiLn(PO3)4(Ln=La,Sm,Eu)体系，该体系表现出良好的性能。低介电常数(5.05–5.26)、高品质因数(41,607–75,968GHz)和低密度(3.04–3.26g/cm3)，在低介电材料中展现出卓越的整体性能。

“在这项工作中，我们的研究团队报告了一种基于磷酸盐的低介电系统。基于对正磷酸盐(-PO4)和焦磷酸盐(-P2O7)的系统研究，我们在稳定区域内确定了偏磷酸盐系统通过优化制备条件，我们获得了优异的介电性能。

“此外，考虑到未来的设备应用，研究团队设计了原型微带贴片天线。实际测量与仿真结果非常吻合，展示了天线的优异性能。”山东材料科学与工程学院张教授说大学。张教授还兼任中国材料研究会超材料分会副秘书长。

“此外，在这项研究中，我们基于晶体结构的演化进行了第一性原理计算，并利用实验XRD数据进行了PVL理论计算。这些计算证实了化学键特性，量化了化学键参数对微波介电性能的影响，并探索介电性能的内在响应机制。

“此外，通过晶格振动光谱检查微波介电响应的内在贡献，我们推断出微波频率下的低损耗极限。这一分析表明这种结构有可能实现更低的损耗，”张教授说。

研究团队希望这项研究能够为射频设备提供新的材料选择。此外，探索低损耗极限以及研究结构与性能之间的关系可以为材料改性提供理论指导。这将有利于毫米波通信的发展并改善信号延迟。

第一作者为山东大学材料科学与工程学院田焕荣，其他贡献者包括山东大学材料科学与工程学院刘耀教授、环境与材料学院张晓涵、吴海涛教授烟台大学工学院。