南科大《AFM》：實現對材料介電常數的精準調控！

近日，南方科技大學材料科學與工程系講席教授汪宏團隊在微波介質材料領域取得研究進展，相關成果以“Graded Dielectric Metamaterial with Designable Permittivity Fabricated by 3D Printing”為題發表在國際期刊Advanced Functional Materials上。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202514533

在電介質領域中，介電常數無疑是最為重要的物理量之一，它表示了材料在電場作用下存儲和傳導電荷的能力，在許多電子器件中都發揮著重要作用。隨著5G、毫米波通信及雷達技術的快速發展，對材料介電常數的精確控制需求愈發迫切。傳統材料介電常數多依賴于化學成分和晶體結構，難以靈活調控。該研究團隊創新設計具有周期性孔洞結構的超材料單元（如華夫格和蜂窩結構），結合有效介質理論建立了介電常數與結構幾何參數之間的數學模型，實現了對材料介電常數的預測與精準調控。采用直寫式3D打印技術制備的多種介電常數樣品，其實測值與預測值高度吻合，驗證了模型的準確性和通用性。

圖1.超材料結構模型及介電常數仿真與計算結果對比

圖2.超材料制備與介電常數測試

在應用層面，研究團隊設計制造了一款基于梯度介電常數的介質諧振天線，成功實現覆蓋整個X波段（8–12 GHz）的超寬帶寬和高增益（14.7 dB）。研究表明，梯度介電常數不僅改善了天線的阻抗匹配，還提高了輻射效率和頻率穩定性，為高性能天線、射頻器件和頻率選擇性器件的設計提供了新思路。

圖3.基于可設計介電常數的介質諧振天線

南方科技大學材料科學與工程系博士生李小雨為論文第一作者，西安交通大學博士生馬登昊為論文共同第一作者，汪宏為論文通訊作者。南方科技大學為論文第一單位。該研究得到國家自然科學基金、深圳市科技計劃及廣東省基礎與應用基礎研究基金的支持。

本文來自：南方科技大學