近年來，衛星通訊、5G等產業發展迅猛，研制新型MLCC（片式多層陶瓷電容器）用COG類介質陶瓷材料，能夠滿足現代通信技術高頻、小型、低成本的發展需求。SrZrO3和CaZrO3均是具有潛力的MLCC用線性介質陶瓷材料，Sr和Ca互相固溶后形成的固溶體(Sr,Ca)ZrO3具有更高的Q值, 根據李赫德涅凱對數混合定則,B位摻雜少量的Ti4+，可調節其介電常數溫度系數近0。開發(Sr,Ca)(Zr,Ti)O3材料體系可獲得在兩端元系統中無法實現的特性，實現COG類介質材料介電常數系列化，具有生產成本低，強抗還原性、高可靠性等優點，是當前COG類介質陶瓷材料研究的熱點。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所鐵電陶瓷材料與器件課題組研究團隊提出了通過設計容忍因子調控陶瓷微結構的策略，成功制備了正交相和立方相共存的(Sr,Ca)(Zr,Ti)O3介質陶瓷，大幅提升了材料的品質因數。在正交-立方相變界面處形成的共格相界面，由于應變驅動，共格相界面結構為高有序度的重構超晶格結構，該結構具有較低的晶格振動非簡諧性。最終獲得線性COG類材料的品質因數為26300GHz，是文獻報道最高值（13600GHz）的兩倍，同時具有近零介電常數溫度系數τε = -7 ppm/℃（@-55℃~-125℃）。
團隊系統研究了A位非化學計量比對(Sr,Ca)(Zr,Ti)O3基陶瓷第二相、氣孔率、晶粒尺寸等非本征因素和晶體結構等本征因素影響規律。結合EBSD、Rietveld精修和Raman光譜，得到第二相含量和晶胞參數、極化率與晶格振動非諧性等結構特征參數，建立了結構與介電性能的關聯規律。材料的相對介電常數取決于其極化率，品質因數受控于主相晶粒尺寸、第二相含量和晶格本征損耗，主要決定于晶格振動的非諧性。該研究為優化鈣鈦礦結構陶瓷的介電性能提供了重要依據。
相關研究成果分別發表在Journal of Materials Chemistry C（2022），Ceramics International（2022）。
上述論文的第一作者為上海硅酸鹽所在讀研究生逄清陽，通訊作者為陳瑩高級工程師和王根水研究員。相關研究工作得到了中科院重點部署項目及企業橫向相關項目支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TC03756D
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.11.037
Sr(Zr0.95Ti0.05)O3陶瓷的(a) TEM明場像，(b)、(c)、(d)和(e)對應的高分辨像，(f)和(g)傅立葉變換圖像。
(Sr0.7Ca0.3)z(Zr0.95Ti0.05)O3(0.98≤z≤1.04)陶瓷的介電特性、Ag峰的拉曼頻移、FWHM、晶格結構a/c與其非化學計量比z的相互關聯圖。
