清華新聞網(wǎng)5月8日電 介電陶瓷材料作為電子元器件的重要組成部分受到廣泛關注。隨著器件的小型化、集成化快速發(fā)展，研發(fā)具有更高介電常數(shù)、更低介電損耗以及良好溫度穩(wěn)定性的高性能介電陶瓷材料日益緊迫。在目前廣泛報道的高介電常數(shù)材料中，鈦酸銅鈣基陶瓷常伴隨較高損耗，難以得到有效抑制；二氧化鈦基和鈦酸鍶基陶瓷介電性能依賴摻雜改性，若要兼顧損耗則難以進一步提高介電常數(shù)。
近日，清華大學材料學院林元華團隊提出價鍵工程策略，通過高熵設計向鈦酸鈣中引入多種特定元素，有效減弱了鍵合強度，促進了空位缺陷的生成，從而提高了偶極子取向極化強度，提升了鈦酸鈣的介電性能。通過價鍵工程這一有效方法，在（Na0.25Sm0.25Ca0.25Sr0.25）（Ti0.97Nb0.015Er0.015）O3（NSCST）陶瓷中同時實現(xiàn)了2.37×105的巨介電常數(shù)、介電損耗僅0.005，以及-50–250°C范圍內小于±15%的高溫度穩(wěn)定性，為目前國際上報道的最優(yōu)性能。本研究證實巨介電性能可以在鈦酸鈣陶瓷中實現(xiàn)，提出的價鍵工程策略可以推廣到其他相似組成和結構的材料設計中，同時為其他功能陶瓷的性能優(yōu)化提供了新思路。
高熵鈦酸鈣陶瓷的價鍵工程設計策略
相關研究成果以“化學鍵合工程制備巨介電常數(shù)高熵鈦酸鈣陶瓷”（Colossal permittivity in high-entropy CaTiO3 ceramics by chemical bonding engineering）為題，于4月29日在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學材料學院2021級博士生蔡婧涵為論文第一作者，材料學院教授林元華為論文通訊作者。論文的重要合作者包括清華大學材料學院南策文院士、藍順博士、戚俊磊博士，河南理工大學副教授魏賓。研究得到國家自然科學基金項目和國家重點研發(fā)計劃項目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-59226-y
供稿：材料學院
編輯：李華山
審核：郭玲
