介电陶瓷材料作为电子元器件的重要组成部分受到广泛关注。随着器件的小型化、集成化快速发展，研发具有更高介电常数、更低介电损耗以及良好温度稳定性的高性能介电陶瓷材料日益紧迫。在目前广泛报道的高介电常数材料中，钛酸铜钙基陶瓷常伴随较高损耗，难以得到有效抑制；二氧化钛基和钛酸锶基陶瓷介电性能依赖掺杂改性，若要兼顾损耗则难以进一步提高介电常数。
近日，清华大学材料学院林元华团队提出价键工程策略，通过高熵设计向钛酸钙中引入多种特定元素，有效减弱了键合强度，促进了空位缺陷的生成，从而提高了偶极子取向极化强度，提升了钛酸钙的介电性能。通过价键工程这一有效方法，在（Na0.25Sm0.25Ca0.25Sr0.25）（Ti0.97Nb0.015Er0.015）O3（NSCST）陶瓷中同时实现了2.37×105的巨介电常数、介电损耗仅0.005，以及-50–250°C范围内小于±15%的高温度稳定性，为目前国际上报道的最优性能。本研究证实巨介电性能可以在钛酸钙陶瓷中实现，提出的价键工程策略可以推广到其他相似组成和结构的材料设计中，同时为其他功能陶瓷的性能优化提供了新思路。
高熵钛酸钙陶瓷的价键工程设计策略
相关研究成果以“化学键合工程制备巨介电常数高熵钛酸钙陶瓷”（Colossal permittivity in high-entropy CaTiO3 ceramics by chemical bonding engineering）为题，于4月29日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
清华大学材料学院2021级博士生蔡婧涵为论文第一作者，材料学院教授林元华为论文通讯作者。论文的重要合作者包括清华大学材料学院南策文院士、蓝顺博士、戚俊磊博士，河南理工大学副教授魏宾。研究得到国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的支持。
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