微电子技术的飞速发展,对微电子器件的小型化、集成化提出了更高的要求。电容器是微电子技术中常用的必要元件,而电介质是决定电容器性能的关键材料。另外风力发电和太阳能发电等绿色间歇性能源的有效收集和存储也是重要的研究课题。储能材料需要满足高介电常数、低介电损耗和高温度稳定性等条件。因此,开发高介电常数、低介电损耗且具有良好温度稳定性的电介质已成为国内外新材料研究领域的一个热点。施主—受主共掺杂的TiO2基陶瓷表现出了优异的介电性能,在电容器应用方面有广阔的前景。但目前该体系的研究尚不完善,关于巨介电常数的极化机制仍不明确,限制了TiO2基陶瓷介电性能的进一步提升。因此,亟需在拓宽掺杂TiO2电介质材料体系的基础上,系统研究其极化机制,为制备性能优异的巨介电常数材料奠定理论基础。本文通过离子掺杂辅助于真空热压方法,在TiO2基质材料中设计构建缺陷团簇,制备的TiO2基陶瓷体系具有优异的介电性能,并对其极化机制进行了系统的研究。具体研究内容和主要结果如下:1.通过高温固相烧结工艺制备了（Lu,Nb）共掺TiO2基（NLTO）陶瓷,利用XRD、SEM等对样品的结构形貌进行了表征,制备的样品为四方相金红石结构。样品材料质地致密,晶粒大小均匀。NLTO-1.5陶瓷经过退火处理后,表现出优异的介电性能。1 kHz时其介电常数高达12928,介电损耗低至0.024。-140～110℃的温区内,其温度系数维持在-11.6%～7.8%之间,具有极高的热稳定性。通过XPS对元素价态表征,结合阻抗谱分析,研究结果表明,NLTO-1.5陶瓷中存在多重极化机制,钉扎电子—缺陷偶极子效应是其巨介电常数的主要来源,内势垒层电容效应和电极效应也对介电常数有贡献。2.采用热压工艺制备了（Lu,Nb）共掺TiO2基（n-NLTO）陶瓷,XRD、SEM分析表明,制备的样品是金红石结构的纳米陶瓷,质地致密,无孔洞,晶粒大小约为600 nm。n-NLTO样品具有优异的介电性能,测试结果表明在1 kHz～100 kHz频率区间,其介电常数高于6×10~4,介电损耗低于0.06;在-140～150℃温度范围内,1 kHz频率时,介电常数的温度系数在-9.8%～9.1%之间,低于商用X8R电容器的阈值。结合微观形貌和复阻抗谱研究,比较分析了其与高温固相烧结样品（μ-NLTO）的差异。长时间高温烧结过程中热动力学因素驱动的电荷缺陷团簇（例如氧空位等）的迁移/偏析,可能是造成n-NLTO陶瓷和μ-NLTO陶瓷介电特性差异的主要原因。μ-NLTO陶瓷由于烧结温度高并且保温时间长,缺陷向晶界迁移聚集,复合湮灭,在晶界处形成绝缘层,引起晶界电阻增加,最终形成了晶粒和晶界电学性质有明显差异的微观结构,μ-NLTO陶瓷介电性能的界面效应明显;n-NLTO陶瓷烧结温度较低且保温时间短,晶粒比表面积大,极少量缺陷团簇的迁移对晶界电学性能影响很小,晶粒与晶界电学性能差异不大,可以看作均匀的同质结构。因此热压制备的n-NLTO陶瓷的界面效应被抑制,钉扎电子—缺陷偶极子效应是其主要的极化机制。3.采用高温固相烧结法和热压法制备了Nb单掺TiO2（NTO）陶瓷。高温固相法制备的μ-NTO陶瓷的最佳烧结温度为1500℃。样品为纯金红石结构。介电分析表明,由于施主Nb掺杂可以产生自由电子,μ-NTO陶瓷样品介电常数高达数万,但通常伴随着较高的介电损耗,在1 kHz介电损耗高达0.4,同时介电常数的频率稳定性也较差,界面效应明显。热压制备的n-NTO纳米陶瓷为金红石结构,晶粒大小均一,粒径约800 nm,远小于高温固相烧结的样品的晶粒尺寸。n-NTO陶瓷介电性能优异,在1 kHz～100 kHz频率范围内,样品介电常数高于5×10~4,介电损耗低于0.05;在-140～150℃温度区间,温度系数介于-9.0%～10%之间,具有优良的温度稳定性。与高温固相烧结样品的介电性能相比较,样品的介电损耗有明显的降低。热压制备NTO样品,由于处于真空环境,在样品中能够形成大量的氧空位,和Ti3+离子等缔合形成缺陷团簇如(Ti3+)′Ti→VO˙˙←(Ti3+)′Ti,能够把五价Nb单掺引入的额外电子紧紧束缚在团簇附近,将自由电子局域化,是降低样品介电损耗的根本原因。n-NTO陶瓷中晶粒与晶界电学性能相似的同质结构有助于改善样品界面效应。