【仪表网 研发快讯】随着5G/6G通信技术向空天地海一体化网络(SAGSIN)演进，传统功能陶瓷在宽温域内同步实现稳定微波信号传输与精准温度传感的核心材料瓶颈愈发显著。特别是在毫米波通信频段向Ku/Ka波段拓展的需求下，微波介质陶瓷需兼具三项关键特性：(1)可调谐的介电常数(εr)，满足器件微型化需求；(2)高Q·f值，可增强频率选择性；(3)接近零的谐振频率温度系数(τf)，确保热稳定性。同时，负温度系数(NTC)热敏陶瓷作为系统“热管理器”，需在宽温域内具备高线性度与高B值以实时校准温度漂移。尖晶石陶瓷虽在单一功能领域表现突出——如MgAl2O4的优异微波性能和MnFe2O4的NTC特性，但二者存在固有缺陷：前者因超高电阻率无法实现热敏功能，后者因Fe3+/Fe2+变价导致高温电学失稳。中国科学院新疆理化技术研究所材料物理与化学研究室前期通过固溶设计制备的Mg0.8Mn0.2Al1.6Fe0.4O4陶瓷虽将B值提升至8056 K，仍受限于氧空位诱导的电荷失衡和非阿伦尼乌斯行为，导致微波性能与热敏线性度难以兼容。
近期，新疆理化所科研人员针对Mg-Al-Mn-Fe-O尖晶石陶瓷在高温下电学性能非线性及微波损耗等问题，提出了基于Sc3+晶格锚定效应调控价态平衡，同步抑制氧空位扩散并强化八面体键价的策略。实验结果表明，在200-1000 ℃超宽温域内实现了高度线性热敏特性(B200℃/1000℃ = 8367-9758 K)，满足宽温域温度传感的线性度需求；同时，实现了尖晶石陶瓷低εᵣ (10.08)、超高Q·f (149,000 GHz)及近零τf (-10.2×10-6/℃)的平衡。基于该材料制备的圆柱介质谐振天线在12 GHz卫星通信频段实现92%的辐射效率与6.28 dBi的增益，充分验证了其在卫星通信前端模块中的工程应用潜力。
该研究成果以“Sc3+-modified Mg-Al-Mn-Fe-O spinel ceramics with co-enhanced microwave dielectric and thermosensitive properties for multifunctional applications”为题，发表在陶瓷领域唯一中国科学院一区期刊《先进陶瓷》(J. Adv. Ceram.)上。中国科学院新疆理化技术研究所为第一完成单位，博士研究生李文元为第一作者，导师张博研究员为通讯作者。
该研究工作得到了新疆杰出青年科学基金、新疆天山英才计划、国家自然科学基金以及中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
图. 多功能微波-热敏陶瓷材料结构、性能及应用
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