隨著(zhù)移動(dòng)通信需求的迅猛增長(cháng)，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)逐漸向毫米波和亞毫米波方向發(fā)展。作為現代無(wú)線(xiàn)技術(shù)重要的推動(dòng)者，微波陶瓷通過(guò)其優(yōu)異的介電性能，已成為促進(jìn)無(wú)線(xiàn)設備小型化和集成化的基本組成部分。在眾多微波陶瓷體系中，具有復雜鈣鈦礦結構的Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃(BZN)微波陶瓷憑借其優(yōu)異的介電性能（介電常數：40，品質(zhì)因子：80,000GHz），已被廣泛應用于諧振器和濾波器等無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域。然而，毫米波通信技術(shù)的到來(lái)對微波介質(zhì)陶瓷提出了更加嚴格的要求，包括體積小型化、功能集成化以及結構復雜化等。受限于微波陶瓷材料固有的硬度和脆性等特性，因此，加工和制備具有復雜幾何形狀的微波陶瓷器件面臨著(zhù)極大的挑戰。

近期，北京大學(xué)深圳研究生院李昊博士后、國家納米科學(xué)中心劉飛博士后及河北工業(yè)大學(xué)程立金老師通過(guò)摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)(microArch^® S240，精度：10μm)成功制備了高性能的復雜鈣鈦礦結構的BZN微波陶瓷。同時(shí)，報導了光固化復雜鈣鈦礦結構微波陶瓷中B位1：2有序疇結構的變化規律，并設計制備了圓柱形介質(zhì)諧振器天線(xiàn)，實(shí)測中心頻率為7.1GHz，帶寬達590MHz，輻射效率超過(guò)90%，驗證了光固化成形復雜鈣鈦礦結構的BZN陶瓷在高頻器件中的實(shí)際應用價(jià)值。同時(shí)該研究為3D打印功能陶瓷的商業(yè)化應用提供了理論基礎。

相關(guān)研究成果以“Microstructure and Microwave Properties of Complex Perovskite-Structured Ba(Zn_1/3Nb_2/3)O₃ Ceramics and Dielectric Resonator Antenna by Digital Light Processing Technology"為題發(fā)表在《Journal of the European Ceramic Society》期刊上。

首先，作者通過(guò)傳統固相合成法制備出平均粒徑為900納米的BZN微波陶瓷粉末。并通過(guò)噴霧干燥工藝將亞微米粒徑的陶瓷粉末預團聚成直徑10微米至40微米左右的球形顆粒，以此來(lái)降低陶瓷粉末團聚現象，并可以提高陶瓷漿料的固相含量（圖1）。在此基礎上，通過(guò)調節分散劑含量，制備出固相含量為82wt%的BZN陶瓷漿料。

圖1. BZN微波陶瓷粉末表征。

光固化打印樣品在1350攝氏度至1450攝氏度燒結4小時(shí)。通過(guò)XRD技術(shù)表征技術(shù)發(fā)現：燒結溫度低于1400攝氏度時(shí)，樣品中存在由B位1：2有序結構產(chǎn)生的超晶格衍射峰（2θ = 17.7°），當燒結溫度達到或超過(guò)1400攝氏度時(shí)，超晶格衍射峰消失。B位1：2有序結構是決定復雜鈣鈦礦結構微波陶瓷介電損耗的關(guān)鍵因素。此外，B位有序結構的形成受動(dòng)力學(xué)因素控制。為了提高光固化BZN陶瓷的介電性能，燒結樣品在1300攝氏度條件下進(jìn)行了24小時(shí)的退火處理。結合TEM電鏡表征發(fā)現，退火樣品中存在明顯的超晶格電子衍射斑點(diǎn)。高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）通過(guò)觀(guān)察兩種不同的晶格間距：0.71納米，對應有序結構；0.41納米，對應無(wú)序立方結構，直接證明了光固化BZN樣品中B位1：2有序疇結構的存在（圖2）。通過(guò)退火處理，光固化樣品中有序度最大提高至81.31%，退火處理后樣品呈現出優(yōu)異的介電性能：介電常數為38.9，品質(zhì)因子為89,600GHz，諧振頻率溫度系數為22ppm/℃。

圖2. 光固化BZN樣品B位1：2有序結構表征。

在此基礎上，作者設計并制備了圓柱形BZN介質(zhì)諧振天線(xiàn)（圖3），由于介質(zhì)諧振塊具有顯著(zhù)的共振和輻射效應，實(shí)現了超帶寬范圍的高輻射效率：實(shí)測通帶帶寬為590MHz（6.76GHz至7.35GHz），輻射效率超過(guò)90%，實(shí)測中心頻率為7.1GHz。以上研究驗證了通過(guò)光固化技術(shù)制備的微波介質(zhì)陶瓷在高頻通訊技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的應用價(jià)值。

圖3. 光固化BZN介質(zhì)諧振天線(xiàn)測試結果。