进一步减少器件尺寸和提高存储器的存储能力,是实现电子元器件小型化和高性能的关键,而提高器件存储能力的关键因素之一是器件核心材料的介电常数要高,因此巨介电材料已变得越来越重要。2000年,一种具有类钙钛矿结构的CaCu3Ti4012(CCTO)材料由于具有极高的介电常数,以及良好的温度稳定性,受到了广泛的关注,但这种材料同时也具有较高的介电损耗,难以获得实际应用。近几年,研究者们主要研究集中在两方面,一是采用不同离子取代CCTO陶瓷的A位Ca2+来获得与CCTO结构相似的ACu3Ti4O12材料,从而改善CCTO的性能；二是采用新型的制备技术,优化制备参数,制备介电性能优异的ACu3Ti4Ol2材料。(LCTO)作为ACu3Ti4O12家族的一员,但到目前为止,有关(LCTO)陶瓷的文献报道较少,且由溶胶-凝胶法制备LCTO陶瓷的微观结构和电学性能尚未报道。对于由溶胶-凝胶法和固相法制备ACu3Ti4O12陶瓷电学行为的差异也尚未进行对比研究。本论文以获得高介电常数、低损耗且温度稳定好的巨介电材料为研究目标,以溶胶-凝胶法制备ACu3Ti4O12(A=La2/3, NaxLay[64])陶瓷为研究对象。详细研究溶胶条件和烧结条件对陶瓷微观结构和电性能的影响,优化制备工艺,制备和筛选出介电性能优越的巨介电材料。分析溶胶-凝胶法和固相法制备的ACu3Ti4O12(A=La2/3, Na0.5La0.5)陶瓷微观结构和电学性能的差异性,并探讨其原因。分析研究不同A位离子(La3+, Li+, Na+, K+, NaxLay)及A位离子含量变化对ACu3Ti4O12陶瓷的微观结构和电学性能的影响,并探讨其机制。主要取得以下结果：1.分别采用溶胶-凝胶法和固相法制备La2/3Cu3Ti4O12(分别表示为LCTO-SG和LCTO-SS)陶瓷。详细研究溶胶条件对LCTO陶瓷粉体结构,陶瓷介电性能的影响,确定最佳溶胶条件为：Ti4+浓度为1.00mol/L,水/钛摩尔比为5.6,pH为1.0。优化LCTO-SG和LCTO-SS陶瓷烧结工艺,其最佳烧结条件为：烧结温度1105℃,保温15h。通过对比分析采用溶胶-凝胶法和固相法制备出LCTO粉体的微观结构和陶瓷的微观结构和电学性能。结果发现：溶胶-凝胶法制备LCTO-SG陶瓷的晶相结构形成温度较固相法的低。说明了溶胶-凝胶法在降低反应温度上的优势。相比LCTO-SS陶瓷,LCTO-SG陶瓷展示出更大的晶粒尺寸,更高的介电常数(0.9-1.6×104,102～105Hz),更好的温度稳定性。LCTO-SG陶瓷更高的介电常数可能是由于LCTO-SG陶瓷具有更强的IBLC效应。通过对其介电温谱、阻抗谱、电模量和电导及相应的激活能等分析发现,相比LCTO-SS陶瓷,LCTO-SG陶瓷显示出第三种介电异常峰,两个电导激活能值,且随着温度增加,电导激活能减小。大约在210℃以下,LCTO-SG陶瓷电导和弛豫过程的激活能表现出极大的差异,暗示了LCTO-SG陶瓷介电弛豫和电导机制似乎不同。而采用两种方法制备的LCTO陶瓷表现出一些明显不同的电学行为,这可能归因于除了晶粒尺寸的影响,不同的缺陷(氧空位浓度和形式等)在LCTO-SG和LCTO-SS陶瓷中的存在可能是非常重要的一个因素。这同时也暗示了不同制备方法对陶瓷内部出现的缺陷结构影响不同,从而影响陶瓷的电学行为。2.分别采用溶胶-凝胶法和固相法制备Na+取代LCTO陶瓷中La3+后的Na0.5La0.5Cu3Ti4O12陶瓷(分别表示为NLCTO-SG和NLCTO-SS)。详细研究溶胶条件对NLCTO陶瓷介电性能的影响,确定最佳溶胶条件为：Ti4+浓度为1.00mol/L,水/钛摩尔比为11,pH为0.3。优化NLCTO-SG和NLCTO-SS陶瓷烧结工艺,其最佳烧结条件为：烧结温度1080℃,保温10h。在此制备条件下,所获得的NLCTO-SG陶瓷的介电常数(1.12-1.85×104,102-105Hz)和介电损耗(0.050-0.30,102～105Hz)分别高于和低于LCTO陶瓷,且频率稳定性和温度稳定性均有所提高。因此得出,利用0.5mol Na+取代LCTO陶瓷中部分La3+,可以进一改善陶瓷介电性能。通过对比分析采用溶胶-凝胶法和固相法制备出NLCTO粉体的微观结构及陶瓷的微观结构和电学性能。结果发现：溶胶-凝胶法制备NLCTO陶瓷的晶相结构形成温度较固相法的低,进一步证实了溶胶-凝胶法在降低反应温度上的优势。相比NLCTO-SS陶瓷,NLCTO-SG陶瓷拥有均匀的微观结构,大的晶粒尺寸,高的介电常数(1.12-1.85×104,102～105Hz)和低的介电损耗约(0.050-0.064,1-10kHz)。 NLCTO-SG陶瓷更高的介电常数可能是由于NLCTO-SG陶瓷具有更强IBLC效应。通过对其介电温谱、阻抗谱、电模量和电导及相应的激活能等的分析发现,采用溶胶-凝胶法和固相法制备出NLCTO陶瓷表现出不同电学行为,相比NLCTO-SS陶瓷,NLCTO-SG陶瓷显示出第三种介电异常峰,两个电导激活能值,且随着温度增加,电导激活能减小。同时从NLCTO-SG电模量图中观察到两种介电弛豫峰,这很可能是由于畴界响应而出现的另一种Maxwell-Wagner弛豫。而采用两种方法制备的NLCTO陶瓷表现出一些截然不同的电学行为。这同样可以归因于陶瓷晶粒尺寸和内部缺陷结构(氧空位浓度和形式)的差异。这同时也进一步暗示了不同制备方法对陶瓷内部出现的缺陷结构影响不同,从而影响陶瓷的电学行为。通过对第3章和第4章不同方法制备陶瓷结构和电学性能的分析得出,相比固相法,采用溶胶-凝胶法不仅可优化制备工艺参数,而且可以调控陶瓷的微观结构和电学行为。3.采用溶胶-凝胶法分别制备(LLCTO)和K1/2La1/2Cu3Ti4O12(KLCTO)陶瓷。研究烧结条件对LLCTO和KLCTO陶瓷介电性能的影响,确定最佳烧结条件。LLCTO陶瓷的最佳烧结条件为：预烧650℃,烧结1080℃保温5h。KLCTO陶瓷的最佳烧结条件为：预烧800℃,烧结1080℃,保温5h。在此最佳烧结条下,获得介电性能优良的LLCTO陶瓷(ε=6.03×104,tamδ=0.072,1kHz)和KLCTO陶瓷(ε=6.30×104, tanδ=0.494,1kHz)。分析不同离子(Li+, Na+, K+)取代LCTO陶瓷中部分La3+后制备的LLCTO, NLCTO, KLCTO陶瓷的微观结构和电学性能。发现：利用Li+, Na+, K+取代LCTO陶瓷中A位部分La3+后制备的LLCTO, NLCTO, KLCTO陶瓷均能获得了纯相的体心立方钙钛矿结构,仅KLCTO陶瓷出现第二相。其对应的晶胞参数依次增加,对应的陶瓷显微结构差异较大。当利用Li+取代时,相应陶瓷展示了好的陶瓷频率稳定性和温度稳定性,但其介电常数较小,同时没有显示出第三种介电异常峰；利用Na+取代时,相应陶瓷展示了高的介电常数,较好的频率稳定性和温度稳定性,拥有两个电导激活能值,且出现了很可能是由于畴界的响应而出现的另一种Maxwell-Wagner弛豫特征。采用K+取代时,相应陶瓷出现性能恶化的现象。从以上结果分析,虽然Li+, Na+, K+结构极为相似,但其对LCTO陶瓷的微观结构和电学性能影响不同。这也许归因于这些取代离子半径与La3+半径的差异程度不同,导致Li+, Na+, K+分别取代LCTO陶瓷A位的La3+的完全程度不同,从而引起相应陶瓷呈现不同的晶粒尺寸和不同的内部缺陷结构(A位空位和氧空位的浓度及存在形式等),结果使得这些陶瓷表现出不同的电学行为。4.在保持材料组分原子摩尔比不变的前提下,来设计、制备和研究Na0.5-xLa0.5+xCu3Ti4O12(x=0.0,0.1,0.2,0.3)陶瓷。随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,其相应陶瓷的晶胞参数增大,但晶粒尺寸变化不大；介电常数先增后减,介电损耗依次增加。当x=0.1时,介电常数最大(17510,1kHz)。在1kHz下,陶瓷的介电常数分别为15000,17510,15044,13950,其巨介电性均归因于IBLC效应。同时发现随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,陶瓷样品的晶界电阻和晶粒电阻依次减小,这归因于电荷补偿效应的增强。电荷补偿效应增强,同时富集于晶界两边的电荷增加,依据IBLC效应,晶界电容相应增加。但电荷补偿效应对电容或介电常数的贡献似乎有一个极值,当载流子浓度的增加到一定值后,空间电荷极化反而减弱,介电常数降低。因此介电常数表现出先增后减的变化。另外,通过对此陶瓷介电温谱的分析发现,随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,介电常数温度稳定性逐渐恶化。同时发现,这些陶瓷展现了相似的介电异常峰,其中一个介电异常峰为典型的热激活德拜弛豫特征,另一个介电异常峰可能由于氧空位从静态到动态的一个分布状态转变所致。此外,通过对电模量、阻抗虚部随频率变化曲线及相应的Arrhenius图和激活能等分析发现,随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,陶瓷展现了相似的弛豫特征,弛豫一也许归因于移动的缺陷(氧空位)被晶界阻挡而产生的Maxwell-Wagner弛豫。弛豫二也许归因于移动的缺陷(氧空位)被畴界阻挡而产生的Maxwell-Wagner弛豫。同时发现仅当x=0.1时,陶瓷仅有一个电导激活能。这表明,在维持材料组分原子摩尔比不变的前提下,随Na+含量的减少,La3+含量的增加,出现电荷补偿效应且增强,陶瓷晶粒电导载流子浓度的增加,对陶瓷的电导特征影响明显,但对陶瓷的介电弛豫特征影响较小。5.在保持电荷平衡前提下,设计、制备和研究NaxLa(2-x)/3Cu3Ti4O12(x=0.50,0.35,0.20,0.05)陶瓷。随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,陶瓷样品均表现出纯相的立方钙钛矿结构,其相对应的晶胞参数增大,晶粒尺寸减小；介电常数先增后减,x=0.35时,介电常数最大。在1kHz下,其值分别为15000,17300,7330,5892,其巨介电性均来源于IBLC效应。而介电损耗保持在一个小的范围内(0.050-0.070)。陶瓷的晶界电阻和晶粒电阻除当x=0.35时稍微减小,其它均呈现出增加的趋势,特别是当x=0.20,0.05时,电阻增加明显。晶界电阻和晶粒电阻的增加,也许可以解释为大量的A位空位和氧空位形成缔合作用增强,使得电导载流子移动受阻。依据IBLC效应,晶界和晶粒电阻的改变将会改变陶瓷的介电性能。另外,通过对此陶瓷介电温谱的分析发现,随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,陶瓷在25℃～100℃温度范围内其温度稳定性增强。同时发现,只有当x=0.20时,陶瓷介电温谱仅出现了典型的热激活Debye-type弛豫的特征,而其余陶瓷均出现可能由于氧空位从静态到动态的一个分布状态转变引起的第二组介电弛豫峰。通过对电模量,阻抗虚部随频率变化曲线及相应的Arrhenius图和激活能等分析结果发现,当x=0.50,0.35时,陶瓷均出现两种弛豫特征,也许分别归因于移动的缺陷(氧空位)被晶界和畴界阻挡而产生的Maxwell-Wagner弛豫。当x=0.20,0.05时,这畴界阻挡而产生的Maxwell-Wagner弛豫消失。但随着Na+含量的减少,La3+含量的增加,除当x=0.50时,其它陶瓷电导特征几乎没有改变,均表现出一个线性区域、一个电导激活能值。这表明,在保持电荷平衡前提下,随Na+含量的减少,La3+含量的增加,A位空位出现且含量增加,对介电弛豫特征影响明显,但对陶瓷的电导特征影响较小。6.结合第6章和第7章的分析结果,当x=0.10和x=0.35时,陶瓷的介电常数表现出异常增大,其相应的陶瓷出现两种由晶界和畴界引起的Maxwell-Wagner弛豫现象,且两种弛豫的激活能和电导激活能非常接近。这表明,陶瓷内部出现多种界面阻挡效应,且这些界面阻挡而产生Maxwell-Wagner弛豫机制和电导机制相同,相应陶瓷似乎能表现出更高的介电常数。这需要更深一步的研究。