书名：6G应用中的新材料——下一代材料信息学
ISBN：978-7-115-66293-4
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编 著 朱宏伟等
责任编辑 林舒媛
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本书深入剖析6G应用面临的问题和挑战，全面探讨6G应用各环节所涉及的新材料。书中详细介绍新型频谱通信材料、第三代半导体材料、新型光电/热电/铁电材料、智能传感材料、电磁防护与热管理材料及材料信息学等内容。作者团队还结合自身在电子信息新材料领域的研究成果及国内外最新科研动态，对6G应用中新材料的发展趋势进行展望。
本书不仅详尽地介绍了基础知识，还总结了专业应用技术，旨在为信息材料与技术等相关专业的学生、研究人员和工程师提供实用的指南。对于对新材料感兴趣的非专业读者，本书也是极佳的入门读物。
6G是继5G之后的下一代移动通信技术。自5G大规模部署以来，各国逐渐意识到通信技术的进步是国家科技进步的重要组成部分，越来越多的国家着手规划和研发新一代通信系统。这预示着通信技术的不断创新和发展，将为人类社会带来更加便利和高效的体验。回顾通信技术的发展历程，4G的成功应用对社会的经济、文化和人们的生活产生了深刻的影响，而5G更是为工业发展提供了坚实的支撑。6G旨在提供更快的数据传输速率、更高的连接密度和更低的延迟，以实现智慧连接、深度连接、全息连接及广域连接，这对通信速率、时延、能耗及覆盖深度等提出了更大的挑战。6G美好愿景的实现离不开材料、物理、信息等关键基础性技术的创新和突破。
新材料是电子信息、能源、环境、航空航天等高新技术发展的基石和先导，是处于各个产业链最上游、技术壁垒最高的部分。6G系统的技术特征要求基础材料和新一代通信材料完成大规模革新。6G应用中的新材料技术涉及通信工程和材料科学的交叉研究，是6G发展中面临的重大挑战之一。
本书聚焦6G应用面临的问题和挑战，围绕6G应用各环节所涉及的新材料，系统介绍新型频谱通信材料、第三代半导体材料、新型光电 / 热电 / 铁电材料、智能传感材料、电磁防护与热管理材料及6G中的材料信息学，并结合作者近年来在电子信息新材料领域的研究成果及国内外最新的科研动态，展望6G应用中新材料的发展趋势。本书既有基础知识的介绍，也有专业应用技术的总结，可作为信息材料与技术等相关专业的学生、研究人员和工程师的参考书。期望本书能对从事该领域研究、开发、生产和应用的相关专业人员有所帮助、有所启迪。
本书的编写团队包括朱宏伟（第1章～第8章），李泽晨（第2章、第3章），胡皓闻（第4章、第5章），赵轩亮（第6章），潘家亮（第7章），王泓麟（第1章、第8章），胡永康（第1章、第8章），冉宇通（第5章）。全书由朱宏伟统稿。
鉴于6G应用领域发展迅速，编者能力有限，书中难免存在不足，敬请读者批评指正。
朱宏伟
2025年6月于清华园
自20世纪80年代初1G（第一代无线移动通信技术）问世以来，无线移动通信技术约每10年更新换代一次，每次升级都带来了更快的速度和更丰富的功能。1G是一种模拟技术，仅支持语音通话，但语音质量较差，安全性很低，且容易掉线。1G升级至2G后，实现了模拟通信到数字通信的转变。2G引入了呼叫和文本加密，以及短信和彩信等数据服务，目前仍在世界各地使用。无线网络在实现从2G到3G的重大飞跃之前，还有两个鲜为人知的临时标准（2.5G和2.75G），它们作为过渡来实现慢数据传输。2.75G在2.5G的基础上引入了一种比2G更高效的分组交换技术，实现了理论上3倍的速度增长。1998年，3G带来了更快的数据传输速度，引入了更丰富的功能，如视频通话和移动互联网接入。“移动宽带”首次应用于3G。与2G一样，随着更多功能的引入，3G发展出了速度更快的3.5G和3.75G。2008年发布了第四代移动通信技术，即4G，它支持3G一样的移动网络接入（如游戏服务、高清移动电视、视频会议、3D电视）和其他需要高速传输的功能。
5G于2020年正式推出，旨在提供更快的数据传输速率、更高的连接密度、更低的延迟，且更节能。5G连接的理论速度为20 Gbit/s。自5G展开部署后，世界各国广泛意识到通信技术的进步是国家科技进步的重要一环，开始对更新一代的6G通信系统展开规划和研发。回顾通信技术的发展过程，从4G的发展中可以看到，移动通信技术对社会的经济、文化和人们的生活产生了深刻的影响，5G更是对工业发展起到了坚实的支撑作用。可以预见，6G将为人类社会，尤其是科技发展带来更多的挑战和机遇。
纵观人类文明的发展历史，材料的应用一直是科技发展的一个重要指标（见图1-1）。人类文明的早期都是以当时使用的材料命名的。在石器时代，对材料和形状的认识使人们能够制造出粗糙的石器。在青铜时代，人们发现铜比石料更易于成形，因此开发了其新用途，例如制作成烹饪和贮存食物的器具；而后人们使用青铜制造出更坚固的器具和工具。在铁器时代，铁的发现及其在武器等方面的应用进一步加深了人类对金属的认识。从铁到钢铁的发现标志着科学的巨大进步。而进入工业时代和信息时代后，大量的新材料不断涌现。每一种新材料的发现都带来了全新的应用，拓展了人类生存的物质世界，不断推动着科技的快速发展。
图1-1 不同历史时期的材料发展（年份坐标非线性）
由此发展而来的材料科学与工程学科，目的是获得有关材料的知识，以便生产具有所需特性的材料。材料的结构和性能取决于材料的化学元素组成。材料科学的基础是建立材料性能与其原子结构之间的关联，而材料工程的相关研究是要在分子尺度上建立材料结构与其宏观特性之间的联系。材料科学与工程学科是一门涉及基础知识广泛的学科，化学、物理、机械和土木工程的基础知识都涵盖其中。近年来，伴随着纳米技术和信息技术的发展，材料科学与工程学科的发展取得了长足的进步。材料科学与工程学科在工业应用中扮演着重要的角色，不仅完善了目前使用的材料体系，而且极大地推动了新产品和新技术的创造。材料科学与工程学科主要包括材料设计、加工改进和分析技术，其作用是将材料提取并转化为有用的结构。材料的化学元素组成至关重要，即使是少量不重要元素的缺失、存在或偏差都可能对材料的最终性能产生显著影响。例如，钢中碳含量发生微小变化，会从根本上改变钢的特性，从而影响其在钢铁工业中的使用。
科学技术在各个领域都在飞速发展，材料科学技术的进步对此起到了关键的作用。目前，材料科学的发展速度超过了历史上任何时期，它通过不断改善现有产品的功能，开发新技术，从而全方位改善人类生活（见图1-2）。因此，材料学已成为对全球经济产生重大影响的重要学科。每项技术都基于一定的科学原理，新技术的诞生通常建立在对这些科学概念的深刻理解之上。例如，发电机的工作原理涉及电学、磁学、热传导、旋转动力学和摩擦学等知识，飞机机翼周围的空气流动是产生升力的原因，制造喷气式飞机则需要运用金属和合金的化学知识及推进原理等科学概念。近年来，材料科学技术方面取得的突破有助于制造用于轻型车辆的碳纤维复合材料、更耐用喷气发动机的先进合金，以及替代人类关节的生物材料和机器人的人工肌肉，也有助于实现高效能量存储和量子计算。锂离子电池在可再生能源存储方面发挥着重要作用，进一步降低了太阳能和风能的价格，并能与煤炭和汽油竞争。以石墨烯为代表的低维材料的性能远超现有材料，在传感器、高性能晶体管、柔性器件、药物输送、3D打印、太阳能电池和智能织物等领域引发革命性应用。钙钛矿等新型光伏材料极大地推动了太阳能电池的发展，有望使光电转换效率达到60%以上，转换效率远超硅基太阳能电池。
图1-2 应用驱动新材料的发展
材料科学技术的重大突破对人类社会的发展至关重要。假设在20世纪80年代制造出今天的智能手机，约需1.1亿美元，功率近200 kW，且相关设备将有14 m高。如今，材料科学技术已经使智能手机大众化，体现了材料进步的力量。远不止此，材料科学与工程是能源、环境、交通和医学等领域无数突破的核心。例如，在抗击新型冠状病毒感染（COVID-19）疫情的前线，材料研究人员积极推进生物材料、纳米技术及相关材料研究，助力疫情防控。
人类正处在一场材料科学革命中。早在2011年，美国提出材料基因组计划（Materials Genome Initiative，MGI），旨在使用开源方法和人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术，加快材料科学的创新步伐，这是应对能源、国家安全、人类生存和发展等重大挑战的关键。通过AI绘制出数以亿计的氢、硼、锂、碳等元素的可能组合图，创建一个巨大的数据库，允许研究人员对元素周期表进行“即兴演奏”。这张全新的物理世界“地图”让研究人员比以往任何时候能更快地组合元素，创造出各种新奇的材料和结构。材料制备技术的发展进一步加速了这一过程，使研究人员能够在全新的尺度（从纳米尺度到原子尺度）下开展材料学研究。目前，单原子材料已被成功合成出来并实现了应用。
材料科学与工程学科致力于发现和开发新材料，是物理和化学的交叉学科。例如，与原子结构相关的热力学特性受材料物理性质的影响。工程应用中的材料一般分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。现代材料科学由于对空间的探索而得到了飞速发展，其中包括金属合金、二氧化硅和碳材料在内的多种材料被用于建造空间飞行器。材料工程对塑料、生物材料和半导体等的发展具有重要的影响。下面讨论未来（2030年及以后）在下一代信息技术中发挥重要作用的新材料，按金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料进行介绍。
人类使用金属材料的历史十分悠久，其发展过程及其应用领域如图1-3所示。自公元前5000年进入青铜时代开始，铜等金属材料就逐步成为人类生活中使用的重要材料。下面从传输技术和终端技术两方面论述金属材料在下一代信息技术中的可能应用。
图1-3 金属材料的发展过程及其应用领域
传输技术是指通过不同信道构成的传输系统保证信息可靠传输的技术，是通信技术中的重要组成部分。其中，用于传输的天线和通信相关器件的材料是关键所在。天线是传输技术中的关键器件之一，金属在天线这一核心应用中具有重要地位。传统天线中使用最广泛的是铜，但在6G的太赫兹频段，铜面临着电导率降低、传输损耗高等问题，需要使用新材料替代铜制造天线。纳米碳材料是代替铜的理想天线材料之一。例如，石墨烯是一种由碳原子以sp[2]杂化轨道构成的二维材料，其极快的电子迁移率、优异的力学和热学性能使其在光电器件、太赫兹天线、调制器和智能传感器等器件中均得到应用。碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）也是制造太赫兹天线的合适材料，具有太赫兹辐射效率高和损耗低等特点。
6G网络对功率的要求更高，前端需要加大载波频率、通信带宽和高线性度的信号功率，对可见光通信的射频和功率器件的材料选择提出了严格的要求。因此，新射频器件半导体材料需要更为强大的电磁波吸收能力及优异的电学、光学和力学性能。功率器件中的半导体材料需求则更为广泛，对此类半导体的研究是通信技术乃至工业技术发展的基石之一，后文将继续讨论。
终端技术在极大程度上影响6G的应用前景，金属材料在终端技术中的电磁防护和可穿戴柔性器件中具有重要应用。随着信息技术的快速发展，电磁辐射的危害也逐步显现出来。电磁辐射不仅会带来通信设备的信息安全问题，干扰电子设备的正常运行，还会危害人类的身体健康。电磁屏蔽是解决电磁辐射危害的主要方法，即利用电磁防护材料来阻隔或者减弱屏蔽区域与外界的电磁能量传播。目前广泛使用的电磁防护材料有环氧树脂基高分子复合材料、金属及其合金电磁屏蔽材料和泡沫金属。
环氧树脂基高分子复合材料是由环氧树脂基体和其中添加的泡沫镍、CNT、石墨烯、碳纤维等导电填料构成的，具有一定的电磁屏蔽效果。例如，CNT已在电磁防护领域得到应用，因其具有低密高强、耐高温、耐化学腐蚀、抗疲劳、低热膨胀系数等优点，是环氧树脂基高分子复合材料中的主要导电填料之一。碳系填料的密度较小，适合在便携式电子电器设备中应用。金属材料是该类电磁防护材料导电的重要填料，金属良导体（如银、铜、铝）与磁性金属材料（如铁、钴、镍）是常用的电磁屏蔽金属填料。金属良导体由于具有较高的电导率，广泛用于屏蔽高低频电磁场及静电场。在金属填料中，银的抗氧化能力强、屏蔽效能好。银基填充复合材料对低频磁场几乎无屏蔽作用，但对中高频磁场有显著的反射屏蔽作用。铜的成本较银的低，但导电的稳定性差。而在磁性金属填料方面，通常情况下，铁磁性材料磁导率高但电导率小，不适于屏蔽高频电磁场，多用于屏蔽低频磁场（100 kHz以下）。此外，金属材料在电磁防护的复合填料方面也有重要的应用。将二元化合物及二元以上的化合物填料按单元 / 多元碳系-单元 / 多元磁性金属、单元 / 多元碳系-单元 / 多元金属、单元 / 多元碳系-单元 / 多元金属-单元 / 多元无机材料等方式复合可得到复合型填料。在复合型填料中，镀金属类导电填料（镀镍碳纤维、镀镍 / 铜碳纤维、镀银碳纤维等）不仅具有优异的导电性能，还能够弥补纯金属填料导致的密度大等劣势。
金属及其合金电磁屏蔽材料是另一类电磁防护材料，常见的金属及其合金电磁屏蔽材料包括镁合金、镍合金、铝合金等。其中，镁合金电磁屏蔽材料是近年来研究的热点材料，具有密度低、比强度高、力学性能优良、电磁屏蔽性能优良和环境友好等优点。
除以上两种电磁防护材料之外，泡沫金属在电磁防护中也具有较好的应用前景。泡沫金属是近年来开发的一类由相互导通的金属骨架及内部孔洞构成的三维网状结构材料，具有金属材料良好的导电性或磁性，其内部存在多孔结构，可以使电磁波在其孔隙内部发生多次反射损耗，相较于二维金属网具有更高的电磁波屏蔽能力，甚至达到波导窗的屏蔽效果。同时，由于泡沫金属体积小、质量轻，因此适合于移动设备的屏蔽，在“万物互联”的6G时代将具有更广泛的应用。
在6G时代，人体通信技术通过智能传感器取得人体信息，进而通过各种可穿戴设备将每个人都变为通信网络中的节点。例如，将高灵敏度的石墨烯织物黏附在塑料或医用胶带上即可组装得到可穿戴柔性传感器，具有超轻、灵敏度相对较高、可逆性高、易于制造、易于随皮肤变形等性能。新型柔性灵敏材料可与6G网络结合，在人体监测、医学及机器人技术等领域发挥巨大作用，有望实现人类个性化需求的美好愿景。
陶瓷材料的发展历程及其应用领域如图1-4所示，其在下一代信息技术中将同样发挥十分关键的作用。传统陶瓷和工业陶瓷主要用于制造工艺品、日用品等，在通信领域应用得很少。随后发展的先进陶瓷和半导体材料在通信技术发展过程中占据着重要的地位。第二、三代半导体（如GaAs、SiC、GaN等）可用于制作芯片中的功率器件、太赫兹频率的放大器和功率器件以及光电器件等，其他陶瓷材料主要用于制作滤波器、天线等部件。
图1-4 陶瓷材料的发展历程及其应用领域
第二代、第三代半导体将在6G建设中发挥重要的作用。由于6G应用对通信频率、功率和芯片运算能力的高要求，宽禁带半导体材料逐渐变得重要。在太赫兹频段和6G芯片等更高要求的应用场景中，第二代、第三代半导体由于具有更高的电子迁移率、更宽的带隙，比单晶硅器件更有优势。Ⅲ-Ⅴ族化合物中的主要半导体材料包括GaAs、InP、GaN。SiC也是重要的第三代半导体。在符合6G应用要求的半导体材料中，较早被研究的是GaAs、InP等。基于GaAs工艺的半导体器件主要有高电子迁移率晶体管（High-Electron-Mobility Transistor，HEMT）、改性高电子迁移率晶体管（Metamorphic High-Electron-Mobility Transistor，MHEMT）和异质结双极性晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor，HBT）等。目前，GaAs MHEMT的截止频率已超过500 GHz，最大振荡频率超过1 THz。InP是重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，是发展太赫兹频段芯片的首选材料。InP具有高电子迁移率，但带隙较小，因此可以用来进行太赫兹高频、高增益、低噪声的小信号放大器设计。GaN和SiC的带隙更大、临界场强明显更高，是理想的新一代射频功率器件材料和可见光通信材料。目前，与6G有关的GaN基的半导体器件包括微波器件、可见光通信和功率器件等。而在高压、超高压器件中，SiC基器件具有更大的优势。
毫米波介电陶瓷是6G中可能用到的陶瓷材料之一。在6G应用中，高频段毫米波是提升频谱资源利用率，实现低时延、高传输速率的最佳途径。毫米波的普及需要滤波器、谐振器等元器件的同步发展。虽然传统的声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）滤波器和薄膜体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR）无法用于毫米波通信中，但是利用介质陶瓷材料的压电性，毫米波介电陶瓷可被广泛应用于通信领域中谐振器、滤波器等元器件的制备。毫米波介电陶瓷应具有较小的介电常数（<15）、极高的品质因子、极小的谐振频率温度系数等物理性能。随着毫米波介电陶瓷的介电常数的增大，制成的元器件体积减小，延迟时间增大。对于高频段毫米波，无须考虑元器件微型化，减少延迟时间是选择低介电常数材料的主要因素。高品质因子和更小的谐振频率温度系数使器件具有更好的电磁效率和温度稳定性。
符合6G应用需求的介电陶瓷候选材料有硅酸盐陶瓷、刚玉基陶瓷等。由于铁电陶瓷材料具有自发极化特性，其阳离子的规模运动会造成较大的介电损耗，因此铁电陶瓷材料不适合制作毫米波器件，故近年来的相关研究集中于硅酸盐陶瓷。硅酸盐陶瓷结构中含有大量的硅氧四面体，共价性强，因此具有低介电常数。硅酸盐陶瓷成分的不同带来了多样的性能特点。影响毫米波介电陶瓷性能的主要因素包括阳离子、孔隙率、湿度、暗核等。此外，晶体有序性、晶粒尺寸、内应力和晶粒取向也会对毫米波介电陶瓷的性能产生影响。
区别于一般意义上的半导体材料，半导体陶瓷是一类具有半导体特性的无机非金属多晶材料，也是制造传感器和敏感元器件的重要材料，在电子通信领域的应用较为广泛。常见的半导体陶瓷材料有钛酸钡、钛酸银、钛酸钡锶铅固溶体、氧化锌、氧化锡等，可用于制备热敏、湿敏、气敏、压敏及光敏电阻器等多种元器件。热敏、压敏电阻器是由半导体陶瓷制成的元器件中较为重要的两类。例如，正温度系数热敏电阻器在电子通信领域占有非常重要的地位。氧化锌压敏半导体陶瓷是应用最广、性能最好的压敏电阻器材料，可用于制造频率达数十亿赫兹的发射天线。
传统的光电功能材料是晶体或玻璃，但普遍面临着光电性能与制备难度、成本无法兼顾的问题。近年来，兼具这两点的透明光电陶瓷作为新型光电材料受到了广泛关注，是6G应用中可能用到的陶瓷材料之一。透明光电陶瓷具有成本低、尺寸大和可用作异型材料的优点，其稀土掺杂量远高于单晶体，用作激光材料时可以增大激光输出功率。近年来，对透明光电陶瓷的研究主要集中于锆钛酸铅镧（Lanthanum-modified Lead Zirconate Titanate，PLZT）陶瓷。PLZT陶瓷是一种ABO3钙钛矿结构的透明陶瓷，具有很高的电光系数，同时由于稀土离子的掺杂而具有优良的发光性能，可用于各类光电存储器和显示设备。但是其显著的场诱导效应、偏振依赖散射损失以及高滞后现象也极大地限制了其应用。
光电探测器和光发射器是可见光通信中的关键部件。光电探测器具有宽光谱、高灵敏度、制备成本低等特性。在该领域，有关钙钛矿材料的研究最为集中，未来可能出现光电性能更优异的半导体材料。以钙钛矿材料为例，其具有高外量子效率、宽吸收光谱、高吸收系数、可调的光学带隙、低缺陷密度、低电荷载体复合率、大电荷载体扩散长度和长寿命，易于用溶液法制备，成本低。近年来，钙钛矿材料光电探测器性能优异，研究进展迅速，此类新材料对可见光通信技术可靠性的支持是决定性的。现有光发射器主要包括激光二极管（Laser Diode，LD）、超辐射发光二极管（Super Luminescent Diode，SLD）和发光二极管（Light Emission Diode，LED）等。
6G通信技术促使元器件向小型化、高集成密度、高传输速率的方向发展，同时对封装材料的性能提出更高的要求，因此满足集成化和小型化要求的低温共烧（Low Temperature Co-fired，LTC）技术越来越得到重视。LTC陶瓷具有优异的力学、电学及热学特性，可广泛应用于电子通信领域内滤波器、天线、谐振器等元器件的制造。目前，LTC陶瓷材料主要包括3类：玻璃 / 陶瓷复合体系、微晶玻璃体系和非晶玻璃体系。其中玻璃 / 陶瓷复合体系、微晶玻璃体系是研究重点。
除上述几种陶瓷材料以外，高温超导陶瓷也是6G中将会用到的一类陶瓷材料。与常规的超导材料相比，高温超导陶瓷的冷却温度更高、生产成本更低，可用于制造滤波器、天线等元器件。
高分子材料的发展过程及其应用领域如图1-5所示。橡胶、尼龙、有机玻璃等高分子材料在民用领域应用广泛，但相较于金属材料、陶瓷材料和复合材料，6G通信技术中用到的高分子材料种类较少。导电高分子材料（Conducting Polymer Materials，CPM）是6G应用中备受瞩目的一类高分子材料。
图1-5 高分子材料的发展过程及其应用领域
CPM在电磁防护领域具有“诱人”的前景。与传统的金属类电磁屏蔽材料相比，CPM不仅具有同样优异的电磁屏蔽性能，且具有质量轻、耐腐蚀、电导率易于调节、成本低、加工方便等优点。聚苯胺是一类本征型导电高分子材料，同时也是在电磁屏蔽领域研究最多的导电聚合物之一。与其他CPM相比，聚苯胺的制备简便、成本较低，且具有良好的稳定性、高电导率和优异的电磁性能。同时，由于聚苯胺柔软、易加工、密度低，均匀沉积在织物上可以得到具有良好屏蔽性能的电磁辐射防护织物，且能够保持织物原有的服饰性能。另一类CPM是通过向高分子基体中加入导电填料而成的复合型导电高分子材料（如前面介绍的金属填料复合材料）。与本征型导电高分子材料相比，复合型导电高分子材料成本更低、制备更简便，应用范围也更广。
复合材料的性能一般比其组成材料的性能更为优越。由图1-6所示的复合材料发展过程及其应用领域可以看出，早期的纸张、混凝土等复合材料多用于建筑业等领域，而后来兴起的先进复合材料、石墨烯复合材料是信息时代的重要材料。在未来的6G建设中，复合材料可以用作高速低损耗的印制电路板（Printed-Circuit Board，PCB）基材、各种应用场景的壳体材料、智能传感器和可穿戴设备中的材料及电磁防护材料等。
图1-6 复合材料的发展过程及其应用领域
PCB广泛应用于电子产品中，树脂基复合材料是PCB基材的最佳选择。由于高速电路和高频信号是提高通信效率的重要手段，为适应6G通信中更高的工作频率、高速低时延的传输要求并解决由此带来的信号完整性问题，设备的数字电路和微波射频电路等的介电性能都需要相应地提高。介电常数和介质损耗应进一步降低，并继续保持传统PCB基材的高耐热和高可靠性等优点。目前通信领域中应用的PCB基材主要是树脂基玻纤布增强材料，并覆以铜箔。PCB基材的介电性能主要由树脂、填料、玻纤布、铜箔和基材的应用环境等决定，可添加多功能树脂，通过提高树脂基体的交联密度改善热稳定性，通过改变树脂、填料和玻纤的成分及含量调整PCB基材的介电特性。目前该领域的研究主要集中于工业界，如松下、伊索拉、罗杰斯等企业。可以预测，在巨大的商业利益推动下，未来需研制出介电性能更优的PCB基材以支撑6G网络建设。
6G网络建设包括“空-天-地-海”一体化通信建设，基站、卫星、移动终端等各类通信设备需要适用于各种复杂应用场景的壳体材料。例如，实现水下无线6G通信的设备壳体需要既满足耐低温、耐冲击、耐蚀和防水等需求，又要有良好的电磁波穿透特性。布设于极端环境的室外天线罩既需要具有经受外部恶劣环境的耐候性，又得不影响天线的信号接收和输出功能。由此可见，壳体材料的应用场景十分复杂且灵活。与其他传统材料相比，复合材料具有可设计性、多功能性和发展性等特点，是满足上述需求的最佳选择。目前，先进树脂基复合材料具有高比强度和比模量、抗疲劳、耐腐蚀、易整体成型等优点，可通过对基体树脂、纤维增强材料及成形工艺的调整设计出所需的性能。可以预见，树脂基复合材料将在实现6G广域连接过程中起到关键的作用。
前面已讨论过电磁防护材料的重要性，在复合材料中，环氧树脂基复合材料是电磁防护材料中重要的一类。环氧树脂基复合材料即在环氧树脂基体中添加导电填料获得具有屏蔽效果的材料。目前，环氧树脂基高分子复合材料的导电填料主要有碳材料、金属材料和镀金属类材料这3类。金属基复合材料在通信领域的应用主要集中在热管理组件上，已有较成熟的解决方案，在新一代通信材料开发中不会成为研究重点。
此外，智能可穿戴设备和传感器将是6G相关研究中的热点。从近期的研究来看，纳米复合材料在6G网络互联环节中将起到非常重要的作用。复合材料能够弥补单一材料的缺陷，发挥其组成材料的优势，在6G建设的新材料竞争中占据关键地位。
6G应用中可能用到的关键材料种类繁多。在金属材料中，石墨烯等纳米碳材料扮演着重要的角色，是天线和可穿戴柔性传感器的重要材料。合金和泡沫金属可以用于电磁屏蔽材料的制备。在陶瓷材料中，第二代、第三代半导体是6G发展的关键材料，可用于制作6G芯片中的功率器件、太赫兹频段的放大器和功率器件以及光电器件等。毫米波介电陶瓷等其他陶瓷材料在6G中的应用主要集中于滤波器、天线等。导电高分子材料是通信应用中备受瞩目的一类高分子材料，主要用于电磁防护领域。在复合材料方面，环氧树脂基复合材料是PCB基材的最佳选择，纳米复合材料则广泛用于智能可穿戴设备和传感器的制备。
