微波衰减材料一直以来是国防工程、信息安全及电磁辐射防护等技术领域的关键性材料体系。近年来,科技、军事技术的迅猛发展以及环境问题的日益凸显,世界各国对微波衰减材料在吸收强度、带宽及稳定性等方面提出了更高的要求。通常微波衰减材料设计方法以控制材料组分与构建特殊形貌为主,然而这些方法在优化衰减性能上具有较大的随机性,不能从根源上实现对衰减性能的精准调控,特别是对后续材料设计难以起到理论指导作用。因此,开展新的微波衰减性能调控策略研究,对于微波衰减材料性能研究及材料设计具有重要的科学意义。
内蒙古科技大学铁电新能源材料与器件内蒙古自治区重点实验室李雍副教授(第一作者)、郝喜红教授(通讯作者)等人通过纳米畴工程设计,在La掺杂的BiFeO3铁电陶瓷中实现了多重极性基元的构筑,从而有效解决了电介质微波衰减材料极性结构单一、衰减性能差的问题。基于系统的实验分析和势阱建模表明,铁电畴从微米到纳米尺度的小型化转变,诱导了一个额外的界面极化,该界面极化能够对微波频率产生响应,从而连同本征极化形成了双介电弛豫,有效提高了介电损耗,并改善了阻抗匹配。其中,在厚度仅为1.54 mm的Bi0.85La0.15FeO3中获得了双带衰减,最大反射损耗达到-43.4 dB, X波段有效带宽(< -10 dB)为3.3 GHz。这种通过尺寸效应以本征极性基元诱导其他极性基元进而获得电磁损耗的多重贡献的思路,为设计基于铁电家族的高性能电磁衰减材料提供了一种可行且普适的策略。