介电常数能随偏置电场变化的铁电材料已成功应用于制造可变频滤波器、可调谐移相器等核心微波器件，在现代通信与雷达系统中展现出重要应用潜力。然而，作为该领域广泛研究的经典体系，钙钛矿结构的钛酸锶钡（(Ba,Sr)TiO3）陶瓷长期面临难以兼顾高可调率与低介电损耗的技术瓶颈。

针对这一难题，西安交通大学电信学部电子科学与工程学院周迪教授团队在近年的研究中揭示了非钙钛矿构型的Bi6Ti5WO22（BTWO）弛豫铁电体陶瓷体系优异性能的成因，解析了该组分的准确晶格结构，并初步阐明了其高可调率与低损耗共存的物理机制（Advanced Functional Materials, 2023, 33, 2210709；Nature Communications, 2024, 15, 3754）。

图1  BTWO基陶瓷的组分相图设计、合成工艺相演变路线及其与现有主流介电调谐材料的综合性能对比

尽管前期工作已成功制备出单相致密的BTWO陶瓷，但研究发现，其晶体结构的兼容性允许部分W6+/Ti4+共享晶格占位。此外，理论计算结果表明，局部原子构型不同对材料的极化贡献影响显著，这意味着轻微的组分和结构波动就足以改变极化的宏观响应。为进一步发掘BTWO体系的潜力，团队近期提出了一种系统的组分调控策略：在固定W6+含量（阳离子占比10 mol.%）的前提下，精细调节Bi3+的含量（47 – 51.5 mol.%）。如图1所示，为了确保相关组分的精确合成，团队引入了溶胶-凝胶（Sol-gel）合成工艺，有效克服了传统固相反应法因高温烧结导致的元素挥发、组分偏离及微观均匀性不足等问题。

研究结果表明，在最优组分（BTWO-49Bi）下，陶瓷实现了高的致密化与相纯度。结合拉曼光谱（Raman）半高宽（FWHM）的统计学定量分析证实，该最优组分下的局部晶格差异被降至最低，这种微观结构的高度均匀性赋予了本征极性纳米微区（PNRs）更高的转向自由度，使其能够对外部电场做出高度协同的响应。在30 kV cm-1的驱动电场下，该材料实现了≈ 60%的介电可调率，同时介电损耗（tan δ）维持在~ 10-4的量级，最终获得了高达≈ 1500的优值因子（FOM）。该工作为后续通过抑制结构无序来改善介电性能提供了设计思路。

该研究成果以《通过组分调控打破Bi6Ti5WO22基弛豫铁电陶瓷的“可调率–损耗”制约关系》（Breaking the Tunability–Loss Trade-off in Bi6Ti5WO22-Based Relaxors via Nominal Compositional Tuning）为题，在国际知名学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, IF=19.9）发表，西安交通大学为该论文第一完成单位。西安交通大学电信学部电子科学与工程学院博士研究生李祥坤为论文第一作者，周迪教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。