5G毫米波频段陶瓷基吸波材料新突破

 

       随着全球5G网络加速向毫米波频段（24-100 GHz）扩展，高频信号传输带来的电磁干扰和热积累问题日益严峻。传统吸波材料（如聚氨酯泡沫）因耐高温性能差、结构设计单一等问题，难以满足5G基站、终端设备的严苛要求。近期，陶瓷基吸波材料凭借其高耐温性、可调控电磁特性及复杂结构加工潜力，成为技术攻关的核心方向。我们与深圳和创一起梳理了2025年全球最新研发进展，揭示陶瓷基吸波材料如何重塑5G毫米波通信的未来。

       新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。

       新型陶瓷材料体系，是高性能与多机制协同合作的体系，大致分为以下两种类别：

    1. 碳化硅梯度吸波复合材料

某特种结构研究所最新公开的专利技术提出了一种基于碳化硅的梯度陶瓷基吸波材料。该材料通过多层陶瓷预浸料热压烧结，实现沿厚度方向的吸波剂（碳化硅）浓度梯度分布。其优势在于：高频宽域适配，上层低吸收剂含量层实现阻抗匹配，减少表面反射，下层高浓度层增强介电损耗，提升整体吸波效率； 耐温性突破，全陶瓷基体支撑极端环境（如高温基带芯片场景）下的稳定性。

    2. 磁性介电协同型FeCo微链材料

某教授团队通过磁场诱导自组装技术，开发了一维Fe掺杂Co磁性微链（CFC）。该材料通过晶体异质界面和磁电耦合网络，实现低频至毫米波频段（覆盖5G Sub6 GHz及毫米波）的多频兼容：损耗机制创新，沿电场方向排列的微链（CFCLCE）介电常数实部提升至29.6，反射损耗低至66.4 dB，为当前同类材料最优值；广角吸波特性：对垂直/水平极化波及宽入射角（90°-90°）均保持RCS＜15.0 dB·m²，适配复杂电磁环境。

       在制备工艺上的革新，更加复杂的结构加上更精密的制造，使用了 热辅助微纳3D打印技术和钛酸锶铝酸钕基陶瓷的复相调控，为毫米波高频的量产奠定了基础。

       河北某大学与中南某大学合作，采用摩方精密S240系统（精度10 μm）实现了Mg₂TiO₄Ca₀.8Sr₀.2TiO₃（MTCST）陶瓷的复杂结构成形[3]。该工艺通过温度场调控浆料粘度，减少层间缺陷，使陶瓷品质因数（Q·f）达142,000 GHz，并成功制备出插入损耗仅1.3 dB的微型滤波器，验证了毫米波高频器件的规模化生产可行性。

        针对传统SrTiO₃体系谐振频率温度系数（τf≈+1650 ppm/℃）过高的问题，新型SrTiO₃NdAlO₃复相陶瓷通过成分优化，将τf调整至近零（±3 ppm/℃），同时保持介电常数εr≈45、Q·f≈58,000 GHz。这一进展为毫米波天线罩等温敏组件提供了高稳定性介质材料。

       未来5G+/6G通信系统对吸波材料的“智能化”提出更高要求，材料器件要进行协同设计。例如：动态可调谐吸波体，是基于相变陶瓷（如VO₂）的温控介电响应特性，实现吸波频段的实时适配； 超表面陶瓷复合结构，是利用超表面的电磁波相位调控能力，结合陶瓷基底的耐高温特性，构建超薄宽带吸波器；多材料异质集成，如MOFs（金属有机框架）与陶瓷复合，提升孔隙率与界面极化效应，优化毫米波频段衰减效能。

       陶瓷基吸波材料的研发已从单一性能优化迈向“材料工艺结构”协同创新阶段。然而，实现低成本批量化生产仍待攻克两大瓶颈：

    1. 精密制造设备国产化：如高精度陶瓷3D打印设备的核心部件（如紫外激光器）仍依赖进口。

    2. 标准体系构建：需制定面向毫米波频段的吸波性能测试规范，推动行业应用落地。

 

       可以预见，随着产学研深度融合，陶瓷基吸波材料将在未来35年内实现从“尖端实验室成果”到“5G/6G标配组件”的跨越式发展。