具有低介电常数（ԑr）和低损耗的介质陶瓷是毫米波通信的关键材料。它们作为电路基板，可以满足毫米波通信的高速率、低延迟的传输要求。然而，毫米波通信的高发热量一直是不可忽视的问题。大多数低ԑr (< 10)陶瓷的导热系数较低，无法更好地应对毫米波通信下高散热应用场景。寻找高导热系数的低ԑ_r陶瓷，为毫米波通信提供优异的散热性能和高频特性显得尤为重要。

近期，西安交通大学周迪教授团队报道了一类兼具低介电常数（< 10）和高导热系数（> 6 W/m•K）的LiMSiO₄型(M = Ga, Sc, Y)微波介质陶瓷。该项工作就LiMSiO₄ (M = Ga, Sc, Y)陶瓷的烧结成相过程、高频介电性能和热学性能展开研究。结合Raman光谱、C-M方程、键价理论和P-V-L化学键理论等，讨论了LiMSiO₄型陶瓷的M位阳离子、微结构和化学键参数等差异引起不同性能特征的内在机制。同时以LiGaSiO4陶瓷基板设计一款毫米波贴片阵列天线，仿真结果显示在35.4-36.6 GHz工作频率下具有最大辐射效率~93%和可实现增益~18.3 dBi，表现出良好的毫米波通信应用前景。该研究成果以"LiMSiO₄ (M = Ga, Sc and Y): Low-Permittivity and High Thermal Conductivity Microwave Dielectric Ceramics for Millimeter-wave Communications"为题，发表于材料科学领域期刊Journal of Materials Science & Technology。论文第一作者为西安交通大学电子科学与工程学院博士生王威，通讯作者为电子科学与工程学院周迪教授。

 

 

 

 

研究亮点：本工作报道的LiMSiO₄ (M = Ga, Sc, Y)陶瓷的导热系数大于6 W/mK，优于大多数低介电常数陶瓷的导热系数。结合理论分析和实验验证，本工作提出LiMSiO4型陶瓷可划分为低ԑ_r、高Q值和正TCF三个特征区域，其中LiGaSiO₄陶瓷（低ԑr ~ 5.2）、LiScSiO₄陶瓷（高Q_f ~ 96700 GHz）和LiYSiO₄陶瓷（正TCF ~ +32 ppm/℃）最具代表性，为LiMSiO₄型陶瓷进一步改性设计提供参考。仿真结果显示，LiGaSiO₄陶瓷贴片阵列天线获得了较高的可实现增益、高辐射效率和低副瓣性能，这在毫米波通信（如卫星通信和移动无线网络）方面展现出良好的应用潜力。