随着科技的进步和社会的发展,半导体金属氧化物类敏感元器件在石油、化工、矿产、汽车、环境监察等领域得到广泛应用。其中CuO、Cu2O等含Cu氧化物敏感材料近年来得到了较多关注,但是目前尚存在灵敏度、选择性、性能稳定性等各种不足,而且对其气敏、压敏等性能及作用机理系统研究的文献甚少。因此,有必要系统研究含Cu氧化物的制备、结构和性能之间的关联,对于指导开发新型性能优异的敏感材料具有重要的理论意义和实用价值。本文通过研究CuO和Cu2O一元体系、CuO-TiO2二元体系和CaO-CuO-TiO2三元系中CaCu3Ti4O12(CCTO),研究含Cu氧化物合成方法、制备工艺、物相和显微结构演变、离子价态、成分偏析等行为与敏感性能间的关系,通过上述关系规律的研究揭示含Cu氧化物敏感陶瓷的本征性能以及机理,从而对含Cu氧化物敏感材料的研究、设计、制备和应用提供重要的参考和指导意义。采用葡萄糖还原法制备亚微米Cu2O颗粒,研究了反应温度和还原剂浓度对粒径、颗粒生长和团聚过程、表面形貌以及气敏性能的影响。提高反应温度虽然对一次颗粒粒径影响较小,但是造成颗粒的团聚;而还原剂浓度的提高使得一次颗粒明显长大,但是可以细化二次颗粒。在70℃、还原剂浓度0.9mol/L下合成的Cu2O纳米粉体气敏性能最优:对于400ppm乙醇灵敏度达到11.9。以CuSO4、Na2CO3和CTAB为原料,采用湿化学法合成CuO粉体,研究初始液滴的大小和浓度变化对粉体粒径、形貌以及气敏性能的影响。改变初始溶液的混合方式可以获得不同形貌的CuO粉体:加压喷雾制得的颗粒表面为短针状,逐滴加入CuSO4溶液制得的粉末为长棒状、短棒状颗粒,直接混合制备的粉体为纳米层片状结构的结晶束和纳米球形颗粒组装而成的中空微米球。CuO粉体对乙醇具有一定的选择敏感性,对于400ppm乙醇灵敏度达到5.6。CuO-TiO2二元体系研究中发现:少量TiO2可以明显促进CuO陶瓷的致密化,降低烧结温度;但是CuO与TiO2没有发生固溶反应,TiO2晶粒分布在CuO的晶界,抑制CuO晶粒的生长。随烧结温度升高,Cu+含量明显增加,压敏性能也逐渐恶化。其中800℃烧结CuO-2wt%TiO2陶瓷的介电常数>400、压敏系数为4.83。通过对合成的CCTO粉体进行熔盐处理,然后烧结获得致密CCTO陶瓷,系统研究了熔盐处理对于其物相和显微结构演变、离子价态、介电性能和压敏性能的影响。熔盐处理中发生CCTO相的分解和再合成,同时提高了 CCTO相的高温稳定性,如纯相CCTO陶瓷1033℃附近分解吸热峰上移到1080℃左右。熔盐处理抑制了 CCTO陶瓷烧结过程中的偏析,抑制了晶粒的半导体化,形成了较高的晶粒弛豫激活能(0.15～0.21eV),介电常数较低(<104)。XPS结果显示存在Ti3+、Cu2+、Cu3+离子,未观察到Cu+。这种价态和结构的变化降低了 CCTO陶瓷的介电常数,但显著提高了其压敏性能。其中Na2SO4-K2SO4熔盐处理后获得的CCTO陶瓷压敏性能最优:熔盐比例12,处理温度950℃,烧结温度1100℃的样品获得了最高非线性系数～48.7,接近目前工业应用ZnO压敏材料的水平。综合分析一元、二元、三元含铜氧化物敏感材料,铜元素的变价是该材料半导体性能的关键因素,而晶界组成和分布最终决定陶瓷的电学性能。一元CuO/Cu2O陶瓷中没有明显的晶界第二相存在,介电常数很低,压敏性能不明显。加入TiO2后,CuO陶瓷晶界第二相为球状的TiO2颗粒,通过工艺参数的调整可以获得具有一定压敏性能的陶瓷,但这一形态的晶界第二相无法将晶粒充分包覆,难以形成大范围的肖特基势垒,制约了压敏性能的提升。在含铜氧化物三元体系CCTO陶瓷中,晶界富铜相的析出和均匀分布,很好的形成了内部阻挡层电容(IBLC)结构,从而产生了较高的介电常数和优异的压敏性能。同时,由于纯相CCTO陶瓷较大的漏导损耗所带来的明显发热问题,在较高电压、较长加压时间将引起样品温度的明显改变,从而严重影响测试结果和使用。通过熔盐处理,通过调节晶界成分,改变了晶粒弛豫激活能和Cu的变价过程,获得的CCTO陶瓷不但保持较高的介电性能和优异的压敏性能,而且提高电阻率,降低样品的发热量,有利于提高测试准确性和性能稳定性。