电磁场/波是信息和能量的常见形式。影响“材料-电磁”相互作用的基本物性参数之一是介电常数(ε)。材料在交流或射频频段的介电常数一直被认为正值,就低介而言,相关绝缘介质只能接近而无法达到空气的介电常数(ε～1)。介电常数更“低”,甚至进一步为负则被视为超常性能,曾经被认为是不可能实现的性能。实际上,在各种电子器件所对应的特定频段,材料介电常数可以为负。近年来,负介材料的谐振、频散、损耗等相关特性和局域场、表面波等新颖性能越来越被深入认识。与正介材料相比,负介材料和电磁场的相互作用发生根本性变化,负介材料已经和正在催生天线、雷达、隐身、储能、传感、晶体管等领域许多变革性技术。负介性能最早在人工阵列超材料中观察到。事实上,负介性能也可以基于材料本征特性实现。在常规材料中实现负介性能,其机理与人工结构超材料类似,因而属于超材料范畴。经过十几年的研究,负介材料的很多现象和规律已经明确。但是,如何结合研究比较透彻的“正介”电介质理解负介材料?负介机理有哪些类型?负介材料的组分设计有何依据?基于这些考虑,本文以钛酸钡基材料这种常见电介质为研究对象,以物理现象比较丰富的逾渗复合为主要手段,在国内外研究基础上,力图加深对负介材料的认识,发现新现象、新规律。本文通过钛酸钡的偶极子共振激发了介电谐振,并在钛酸钡基逾渗复合材料和单相弱导电材料中实现了等离振荡。系统地比较了钛酸钡基负介材料中这两类介电响应特征,结合Lorentz和Drude介电模型、逾渗模型、等效电路分析、电导和电抗分析明确了这两类负介电的机理和调控机制,探索了负介材料的电磁衰减性能。获得的主要结果如下:(1)在钛酸钡/钇铁石榴石复相陶瓷中利用钛酸钡的偶极子共振可以在射频实现介电谐振,并获得负介电性能,其负介电频散特性符合Lorentz模型。在介电谐振处,复介电常数的Cole-Cole曲线不再是半圆,而是一个近似完整的圆,且随着纪铁石榴石的含量的增加,谐振阻尼越大,直径越小。通过等效电路分析,证明了介电谐振是一种LC共振,且介电谐振的幅值和频宽与复合材料的电阻有关。外加磁场下利用钇铁石榴石的磁共振有望在钛酸钡/钇铁石榴石复相陶瓷中实现双负。(2)在钛酸钡/银逾渗复合材料中通过射频等离振荡获得负介电性能,并可以用Drude介电模型拟合。增加复合材料中银的含量,等离振荡频率和电子碰撞频率均增大,由于电子碰撞频率远小于等离振荡频率,导致负介电数值随银含量增加而增大。在50℃-600℃范围内,温度升高导致钛酸钡/银复合材料的等离振荡频率增大,因此其负介电常数随温度升高而减小。(3)在单相半金属性La0.5Sr0.5MnO3材料中,观察到了由低频等离振荡导致的负介电性能,其负介电频散特性符合Drude模型。温度升高,La0.5Sr0.5MnO3的等离振荡频率保持不变,电子碰撞频率增大。由于电子碰撞频率远小于等离振荡频率,因此其负介电性能随温度变化波动不大。La0.5Sr0.5MnO3的电导率随温度升高而减小,表现为类金属电导行为,其电导机制为带输运机制。(4)在钛酸钡/镍逾渗复合材料中具有两类负介电响应机制。当镍的含量低于逾渗阈值时,可以由钛酸钡的介电谐振实现负介电,当镍含量高于逾渗阈值时,可以利用复合材料的射频等离振荡实现负介电。当镍含量接近逾渗阈值时,复合材料的介电行为受这两类介电响应共同作用,并可以用Lorentz+Drude模型对其拟合。对于等离振荡负介材料,自由电子浓度增加,等离振荡频率和电子碰撞频率均增大,当对电子碰撞频率的提高比对等离振荡频率的提高更显著时,负介电随着材料中自由电子浓度的增加而增大。等离振荡频率影响负介电的频宽,而提高电子碰撞频率有助于获得弱负介电。对于由介电谐振导致的负介电,Kramers-Kronig关系仍然适用;对于由等离振荡导致的负介电,Kramers-Kronig关系不再适用,其主要原因是介电常数不再满足线性因果关系。此外结合铁磁相镍的磁共振和涡流导致的抗磁性,可以在镍体积分数为35.58 vol%的复合材料中同时实现负介电常数和负磁导率。(5)在钛酸钡/铜复合材料中,当铜体积分数低于逾渗阈值时,发生介电谐振,并获得负介电性能,且谐振频率相较于钛酸钡大幅降低。由介电谐振导致的负介电,在介电近零处,特别是负介电常数略小于零时,对特定角度入射的电磁波可达到100%吸收。结合钛酸钡的正温度系数电阻效应、复合材料导电和导热的双逾渗效应,可以获得具有高热导率、低电导率并对电磁波强吸收的钛酸钡/铜负介材料,可应用于电磁衰减。