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具有巨介电常数的材料无论是在技术方面还是在科学研究方面都备受人们的关注，一方面这种材料可以广泛地用作微电子器件材料;另一方面这种材料所蕴含的物理信息一直是科学研究的热点。传统的高介电材料是以BaTiO3为代表的铁电体和以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3为代表的弛豫铁电体，但这类材料的介电性能温度稳定性差，难以满足应用的要求。随着电子器件的微型化，低损耗、温度稳定性高的高介电常数材料倍受人们青睐。近年来出现的新型巨介电材料是以CaCu3Ti4O12为代表的类钙钛矿结构材料，巨介电材料在室温附近平稳地保持着一个相当大的介电常数值，因而引起了空前的研究热潮。但是巨介电响应的物理机制至今仍存争议，最近的研究工作表明巨介电效应与过渡金属离子的混合价态结构有关。基于此，本文以Sr2TiMnO6和Na1/2Bi/2Cu3Ti4O12两种材料为研究对象，深入探究了巨介电效应与混合价态结构的关系。
首先，采用固相反应法制备得到Sr2TiMnO6陶瓷样品。并使用XRD和SEM分析了材料的相结构和形貌特征。在100-300K的温度范围内，对样品进行了系统的介电性能测试。Sr2TiMnO6样品在测试温度范围内出现两个介电弛豫过程，我们的结果表明两个弛豫均是由载流子在晶粒内部跳跃引起的。通过XPS谱分析，Sr2TiMnO6样品中存在Ti3+/Ti4+和Mn3+/Mn4+两种混合价态结构，产生混合价结构的原因是氧空位的电离。TG测试的结果证实Sr2TiMnO6样品中确实存在氧空位。O2和N2退火表明Sr2TiMnO6样品中存在两种载流子:电子和空穴。空穴自陷形成的偶极子效应引起了低温弛豫，而电子在Ti3+和Ti4+之间的跳跃是引起高温弛豫的原因。
然后，同样采用固相反应法制备了Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12陶瓷样品。在制各样品的过程中，考虑到Na和Bi的易挥发性，我们又分别制备了10％molNa2CO3过量和10％molBi2O3过量的Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12样品。Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12样品在温度测试范围内出现三个介电弛豫，对应的弛豫激活能分别为0.104eV，0.267eV和0.365eV,在Na2CO3或Bi2O3过量的样品中只观察到一个介电弛豫。XPS的结果证明Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12样品中存在两种混和价态结构(Cu+/Cu2+和Ti3+/Ti4+)，而Na2CO3或Bi2O3过量的样品中只存在Ti3+/Ti4+一种混合价态结构。电子在Cu+和Cu2+之间跳跃产生了高温弛豫，在Ti3+/Ti4+之间跳跃导致了低温弛豫，中间温度出现的弛豫则来自Bi空位和O空位组成的缺陷偶极子。另外，Na或Bi的过量在一定程度上提高了Na1/2Bi1/2Cu3Ti4O12材料的介电常数以及介电常数的温度稳定性。
我们的结果表明，所研究材料的巨介电行为是由过渡金属离子的混合价结构造成的。