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(guān)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(jìn)一步提高介電常數(shù)。

近日，清華大學(xué)材料學(xué)院林元華團(tuán)隊提出價鍵工程策略，通過高熵設(shè)計向鈦酸鈣中引入多種特定元素，有效減弱了鍵合強(qiáng)度，促進(jìn)了空位缺陷的生成，從而提高了偶極子取向極化強(qiáng)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（Na_0.25Sm_0.25Ca_0.25Sr_0.25）（Ti_0.97Nb_0.015Er_0.015）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(nèi)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(jié)構(gòu)的材料設(shè)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(shè)計策略

相關(guān)研究成果以“化學(xué)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）。

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