巨介电材料低温介电特性的研究及其调控

近年来发现的巨介电常数材料，以其诱人的应用前景和丰富的物理内涵而成为当前材料物理和凝聚态物理的一个研究热点。这类材料在介电温度谱上表现为两个平台：一个高温介电平台；一个低温介电平台。研究发现高温介电平台伴随着较高的介电损耗，这极大地损害了这类材料的实际应用。申请者拟从低温介电平台与近年提出的低温Maxwell-Wagner极化之间的关系入手，研究巨介电材料的低温介电特性，结合理论计算模拟，力图弄清低温介电平台的极化机理，利用掺杂来调控该介电平台的介电常数和其出现的温度，探索室温附近具有这样的介电平台的材料。研究并调控低温介电平台的介电行为，有助于更好地了解巨介电效应的本质，为这类材料的实际应用，为发现新的物理现象，探索新的介电功能材料和发展新的多功能器件创造条件和基础。

近年来发现的巨介电常数材料，以其诱人的应用前景和丰富的物理内涵而成为当前材料物理和凝聚态物理的一个研究热点，但巨介电现象的物理本质仍不十分清楚。本项目以界面极化为切入点，对巨介电材料在从液氮温度（-196oC）至800oC广阔的温区内进行了研究，取得的亮点性成果如下：.1..明确了“介电失配” (Dielectric mismatch)的定义。指出介电失配就是双电层弛豫时间（介电常数和电阻率之乘积）的差别，并指出决定界面极化的内部参数就是介电失配，调节介电失配可以实现界面弛豫在Debye行为和Relaxor行为之间转变。这一结果为控制界面电荷过程奠定了基础。.2..提出了氧化物材料中伪弛豫铁电行为的双极化机理。指出伪弛豫铁电行为是由极化子弛豫和界面弛豫两个弛豫构成的，这两个弛豫都源自氧空位的跳跃运动。.3..提出巨介电现象的多弛豫联合贡献机制。指出在过渡金属氧化物中，巨介电现象是由低温极化子弛豫和室温附近界面弛豫共同贡献的，并指出化子弛豫对巨介电行为的贡献为3/4，而界面弛豫对巨介电行为的贡献只有1/4。.4..弄清了与氧空位相关的介电弛豫现象。从低温到高温与与氧空位相关的弛豫现象一次是：极化子弛豫、界面弛豫、偶极子转向极化以及与氧空位有序化过程相关的相变和弛豫现象。.此外，在本项目的资助下，我们还开辟了新的研究方向：新型固体氧化物燃料电池阴极材料的研究，并在此方向上取得了一些重要成果。