文章介绍：

信息时代的进步推动了数据需求的持续增长，促进了通信系统的升级换代，同时也给无线传输性能带来了前所未有的挑战，例如高吞吐量、无缝全球连接、超高低延迟和高可靠性以及大规模连接能力。这些要求为全面覆盖5G网络设定了技术基准，并为6G网络架构的演进提供了关键方向。因此，关键基础材料的性能突破已成为支撑通信系统持续发展的关键。介电常数约为20（K20）的微波介质材料因其能够满足多频段工作需求，同时具有最小的信号干扰和卓越的传输稳定性，成为下一代通信设备的关键组成部分。

迄今为止，学术界和工业界已建立了多个用于研究K20微波介质材料的重点体系，主要分为以下三类：（1）基于MgO-TiO₂体系的钛酸镁基材料，其特点是具有显著的负谐振频率温度系数。研究者采用复合设计策略来克服这一缺点，例如将其与具有正TCF的CaTiO₃复合，构建多相陶瓷结构，实现接近零的TCF值以满足实际应用需求。（2）具有K₂NiF₄结构的(Ca,Ln)(Al,Ti)O₄陶瓷，凭借其独特的晶体结构赋予材料特定的介电性能。（3）具有岩盐结构的钛酸锂固溶体陶瓷。前两种材料体系已实现商业化，但相关技术掌握在国外手中，严重制约了相关通信技术的自主可控。挥发性锂离子在烧结过程中形成气孔，降低了材料的介电性能，限制了Li₂TiO₃固溶体陶瓷的应用。因此，迫切需要一种具有温度稳定性、低损耗且拥有自主知识产权的新型K20微波介质陶瓷体系。

ABO₄型化合物因其结构灵活性以及A位和B位阳离子的可变性而备受关注。在各种候选材料中，正铌酸稀土（LnNbO₄）凭借其独特的结构和可调性能，已成为一种重要的K20材料体系。具体而言，LnNbO₄在室温下采用由[LnO₈]十二面体和[NbO₆]八面体组成的单斜褐钇铌矿结构，由于两个关键优势而引起了广泛的研究兴趣：i）许多含[NbO₆]八面体结构的铌酸盐基材料已被证实具有优异的微波介电性能，为满足K20材料的应用需求奠定了重要基础；ii）稀土阳离子的电子构型和离子半径的丰富可调性在控制介电行为和热稳定性等关键材料性能方面起着关键作用。值得注意的是，LnNbO₄独特的畴结构、相变和高温稳定性赋予其多方面的性能，使其成为一种极具应用价值的多功能材料，为开创“通信-多功能一体化”材料提供了潜力。

LnNbO₄的微波介电性能最早由Kim等人于2006年报道，其介电常数约为20.0，且在不同稀土元素间变化极小；品质因数虽离散但均超过30,000 GHz，同时具有较低的介电损耗。TCF表现出较大的负值。精确预测和理解此类复杂晶体结构的热膨胀行为对于设计温度稳定的微波介电材料至关重要。最近，研究人员开发了一种结合鹈鹕优化算法和SHAP、ALE等可解释性技术的反向传播神经网络模型，用于预测二元AmBn晶体的热膨胀，识别出平均键长等关键结构特征。该方法通过关联晶体化学与热膨胀行为，为设计基于LnNbO₄的温度稳定陶瓷提供了新视角。机器学习指导的材料设计已被证明为加速发现具有特定功能特性的高性能介电材料开辟了新途径。简而言之，LnNbO₄兼具稳定性和低损耗，为设计热稳定微波器件及其应用提供了材料基础。本综述全面总结了LnNbO₄体系的研究进展与技术挑战，旨在阐明材料设计、性能调控与通信应用之间的内在关联，从而为该领域的新材料开发和前沿探索提供理论指导和实践参考。

中文摘要：

具有褐钇铌矿结构的LnNbO₄（Ln = 镧系元素，包括La、Nd、Sm等）材料，因其独特的晶体结构和B位离子（Nb）丰富的配位化学，在发光、相变、畴结构演化及高热稳定性方面展现出显著优势。因此，它在荧光材料、高温涂层和微波介电陶瓷等多个领域引起了广泛关注。本综述系统总结了LnNbO₄的合成方法、相组成和相变行为，重点介绍了A位、B位及A/B位共取代的最新研究进展。结果表明，在部分固溶体陶瓷中可以获得超高的品质因数（Q）和接近零的谐振频率温度系数（TCF），展现出优异的微波介电性能。此外，复合陶瓷体系（如LaNbO₄-CuO和LaNbO₄-Al₂O₃）能够在相对较低的烧结温度（<960 °C）下制备出温度稳定的K20型微波介电陶瓷，并具有高Q×f值。基于上述具有优异介电性能的陶瓷设计并制备的高频介质谐振器天线，表现出宽带宽、高效率及高增益，进一步凸显了LnNbO₄基陶瓷在面向5G/6G通信的高频器件中的巨大应用潜力。本文旨在为深入理解LnNbO₄基材料的结构-性能关联提供系统的参考，为下一代高性能通信材料的设计与应用提供理论依据和材料基础。