一、研究方向
研究方向一：微波磁性材料与LTCC无源器件集成
针对电子信息系统“模拟向数字、定频向变频、接插件向平面集成”的三大发展变革和新一代电子元器件技术的发展前沿，着重开展微波毫米波LTCC铁氧体材料及器件研究，包括材料的低温烧结途径和机制、低温烧结材料的微波电磁性能调控、LTCC铁氧体器件的设计与制备以及基于LTCC工艺的SIP一体化集成技术，为实现微波毫米波LTCC铁氧体材料及其器件化应用技术的可持续发展奠定重要基础。
●合成了系列低温烧结六角晶M型锶铁氧体，经过工艺优化和配方优化，材料的烧结温度可以控制在850～900°C范围内，烧结密度、饱和磁化强度、内禀矫顽力和电学性能参数符合器件化应用范围。
图1 低温烧结六角晶M型锶铁氧体材料性能
●制备了微波NiZnCo铁氧体，系统研究了工艺、离子掺杂和异质材料复合等对电磁性能的影响，为应用于高频电感器、电容器、滤波器等元器件提供了重要材料基础；并仿真获得了具有较高的电感和品质因数平面螺旋电感模型。
图2 微波NiZnCo铁氧体材料性能及应用
●设计了微波LTCF环行器，优化了器件的叠层片式化结构和三维布线方式，得出了器件频率特性与材料性能和结构尺寸之间的关系；开发了S-X波段多种微带铁氧体环行器的设计、制作和调试，包括高隔离度器件、低损耗器件、大带宽器件以及综合性能优良的器件，主要应用于雷达、电子对抗、遥测遥控、微波测量及微波通信等领域。
图3 S-X波段微带铁氧体环行器
研究方向二：环境友好型压电材料与器件
环境友好型压电材料具有广阔的应用前景，可为亟待解决的环境和能源问题提供强有力的技术支持。采用多种手段，包括理论计算、材料模拟和实验研究等，针对压电材料开展前沿研究，实现“从性能需求到材料设计再到材料制备”的一体化；同时为开发新型环境友好型压电器件提供解决方案。
● 设计和制备了环境友好型压电材料；获得高性能的、新型的环境友好型材料，为改善压电材料的各项性能提供了解决方案。开发了环境友好型超声传感器、蜂鸣器、电容器等压电器件，并探索了环境友好型压电材料的新应用。
图4 环境友好型压电材料的设计、制备、性能及应用
● 开发了系列高性能环境友好型压电材料：KNwNSz-xBF-yBNZ材料的压电性能高达550 pC/N，且居里温度仍保持在237 °C，性能接近于铅基PZT-5H材料。为高温应用提供解决方案：发明了一种压电性能大于400 pC/N，同时居里温度大于300 °C的环境友好型三元系KNN压电材料。
图5 高性能环境友好型压电材料的性
研究方向三：微波介质陶瓷材料
近年来，高速发展的无线通信技术对微波介质陶瓷材料的性能提出了更高的要求。为了应对高速发展的信息化时代带来的技术和应用方面的挑战，重点研究了高介微波介质陶瓷材料的改性机理及其低温烧结特性。研究主要包括高介陶瓷材料研发和其改性机理研究，以及低温烧结微波陶瓷材料的制备及其烧结特性研究，为高介微波介质陶瓷材料的改性和性能调控提供了理论指导，并以此指导相关微波陶瓷粉料的开发，为实现其规模化应用提供了坚实的基础。
● 制备了高介CaO-Nd2O3-TiO2系微波介质陶瓷材料，样品烧结致密、介质损耗低，通过分析发现B位不等价离子取代不仅能大幅提高该系陶瓷的品质因数，还能有效降低其频率温度系数。
图6 高介CaO-Nd2O3-TiO2陶瓷结构及其微波介电性能
● 制备了高介BaO-Nd2O3-TiO2系LTCC微波介质陶瓷材料，通过选取合适的烧结助剂，研究陶瓷低温烧结特性和机理，在降低陶瓷烧结温度的同时，还有效地调控了该系陶瓷的微波介电性能，不仅为LTCC微波陶瓷材料的研究提供了理论基础，而且为LTCC微波集成元器件的开发和应用提供了重要材料基础。
图7 微波NiZnCo铁氧体材料性能及应用
二、团队成员
负责人：李乐中，教授，硕士生导师，电子科技大学工学博士、博士后，四川省海外高层次留学人才，美国东北大学访问学者。主持或参与国家和省市级课题10项，发表SCI收录期刊论文60余篇，其中以第一作者或通讯作者发表SCI论文31篇，申请发明专利2项，授权1项；长期从事微波磁性铁氧体材料与器件研究，在微波磁性材料的低温烧结与性能研究和新型微波LTCC无源器件的设计等方面取得了重要进展，研制的“微波LTCC环行器用M型锶铁氧体”具有优异的电磁性能和低损耗特点，在开展拥有自主知识产权的低温烧结微波铁氧体材料及器件和推动LTCC集成技术在微波通信领域的发展方面具有重要的科学意义和战略价值。
表1 磁电功能材料与器件团队成员
姓名 |
学位 |
职称 |
专业 |
研究方向 |
李乐中 |
博士 |
教授 |
材料学 |
微波磁性材料与器件 |
陈 敏 |
博士 |
教授 |
材料物理与化学 |
压电材料与器件 |
吴文娟 |
博士 |
副教授 |
材料物理与化学 |
压电材料与器件 |
王瑞 |
博士 |
讲师 |
无线电物理 |
微波无源器件 |
熊喆 |
博士 |
讲师 |
电子科学与技术 |
介质陶瓷材料与器件 |
涂小强 |
硕士 |
讲师 |
物理电子学 |
微波无源器件 |
何磊 |
硕士 |
讲师 |
电子信息工程 |
微波无源器件 |
周积骏 |
学士 |
高级实验师 |
物理学 |
压电材料与器件 |
三、科研成果
近年来，“磁电功能材料与器件”团队共承担国家自然科学基金项目4项，四川省科技厅科技项目5项，四川省教育厅项目5项。在《Journal of the European Ceramic Society》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Ceramics International》等国际著名SCI收录期刊发表论文60余篇；申请国家发明专利3项，已授权2项。
表2 代表性科研项目
项目名称 |
类型 |
负责人 |
起止时间 |
微波高磁导率铁氧体-合金软磁多层膜材料结构设计与性能调控（51502025） |
国家自然科学基金 |
李乐中 |
2015-2018 |
基于相结构和缺陷的KNN 基无铅压电陶瓷温度稳定的影响机理研究（51702029） |
国家自然科学基金 |
吴文娟 |
2018-2020 |
原位选择氮化法制备铁基软磁粉芯与吸波材料极其结构与性能调控研究（51701025） |
国家自然科学基金 |
钟小溪 |
2018-2020 |
性能铌酸钾钠基无铅磁电复合材料的制备与性能调控研究（51702028） |
国家自然科学基金 |
吴波 |
2018-2020 |
新型高性能无铅压电陶瓷材料及无铅压电器件研究（2019YFG0235） |
四川省重点研发项目 |
陈 敏 |
2019-2020 |
高磁导率异质多层结构软磁薄膜材料高频性能研究（2019YJ0354） |
四川省科技计划项目 |
李乐中 |
2019-2020 |
高品质软磁粉芯与吸波材料及其器件的制备与性能调控研究（2019YJ0364） |
四川省科技计划项目 |
李乐中 |
2019-2020 |
无铅压电材料的性能起源与新材料体系研究 （2015GZ0198）
|
四川省科技计划项目 |
陈 敏 |
2015-2017 |
高性能铌酸钾钠系无铅压电陶瓷的缺陷机制研究与应用探索（21YYJC1951） |
四川省科技计划项目 |
吴文娟 |
2021-2023 |
表3 代表性科研论文
论文名称 |
期刊名称 |
作者 |
时间 |
Influence of Nd substitution on the structural, magnetic and electrical properties of NiZnCo ferrites |
Ceramics International |
李乐中 |
2021 |
Structure and enhanced electromagnetic properties of Y3+ substituted microwave sintered NiZnCo ferrites |
Ceramics International |
李乐中 |
2021 |
Structural, magnetic and electrical properties of K0.5Na0.5NbO3 doped NiZnCo ferrite for high frequency device |
Journal of the European Ceramic Society |
李乐中 |
2020 |
Effects of HfO2 dopant on the structure, magnetic and electrical properties of NiZnCo ferrites |
Ceramics International |
李乐中 |
2020 |
Effects of Ce substitution on the structural and electromagnetic properties of NiZn ferrite |
Journal of Magnetism and Magnetic Materials |
李乐中 |
2020 |
Electrical properties, strain stability and electrostrictive behavior in 0.5BaZr0.2Ti0.8O3-(0.5-x)Ba0.7Ca0.3TiO3-xBa0.7Sr0.3TiO3 lead-free ceramics |
Journal of Alloys and Compounds |
吴文娟 |
2020 |
New strategy to solve temperature sensitivity in (K, Na) NbO3: Modified slope of R-T phase boundary through phase content regulation |
Journal of Alloys and Compounds |
吴文娟 |
2020 |
Superior electrostrictive coefficient of 6BNT-4SCxBT lead-free relaxor ferroelectrics with Ca2+ substitution |
Ceramics International |
吴文娟 |
2020 |
Effect of Sr2+ on phase structure and properties for 0.6(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.4(Bi1-ySry)TiO3 relaxor ferroelectrics |
Ceramics International |
吴文娟 |
2020 |
Low-Fire Processing and microwave dielectric properties of LB glass doped Ba3.75Nd9.5Ti17.5(Cr0.5Nb0.5)0.5O54 ceramic |
Journal of the American Ceramic Society |
熊喆 |
2020 |
Characterization of structure, chemical bond and microwave dielectric properties in Ca0.61Nd0.26TiO3 ceramic substituted by chromium for titanium |
Journal of Alloys and Compounds |
熊喆 |
2020 |
Low-Fire Processing and microwave dielectric properties of LB glass doped Ba3.75Nd9.5Ti17.5(Cr0.5Nb0.5)0.5O54 ceramic |
Journal of the American Ceramic Society |
熊喆 |
2020 |
表4 代表性专利
专利名称 |
类型 |
作者 |
时间 |
铌酸钾钠锂-锆酸铋钠钾-钪酸铋三元系无铅压电陶瓷（ZL 201710298760.9） |
发明专利 |
陈敏、吴波、吴文娟 |
2020 |
一种镍锌铈铁氧体软磁材料及其制备方法（ZL 201810348410.3） |
发明专利 |
李乐中 |
2020 |
掺杂钇的镍锌钴铁氧体及其制备方法（202011048465.6） |
发明专利 |
李乐中 |
2020 |
