缺陷、深能级陷阱与CaCu3Ti4O12巨介电常数之间的关系

CaCu3Ti4O12因具有介电常数大，使用频率宽，温度稳定性好，并在常规条件下只需一步烧结即可合成等优点成为当前巨介电材料的研究热点。由于界面问题的复杂性和研究手段的局限性，目前在其巨介电常数的起源上还存在争议。本项目中，我们将利用"电循环处理"和"交流四线法"等小组新发现的样品处理和测量方法，以近期在CaCu3Ti4O12陶瓷中观察到的界面弛豫新现象和新效应为基础，采用包括复阻抗谱、C - V、热激电容、热激电流、深能级瞬态谱和第一性原理计算等多种测量和计算方法研究深、浅能级缺陷对其介电性质的影响，区分电极接触界面和样品内部界面对CaCu3Ti4O12陶瓷介电常数的贡献，建立界面能带模型对CaCu3Ti4O12的介电特性做出理论解释。该研究将从缺陷、深能级陷阱等新角度对CaCu3Ti4O12的介电性质做出较为系统、深入的研究，为CaCu3Ti4O12陶瓷巨介电常数的起源提供新的线索。

CaCu3Ti4O12因具有介电常数大，使用频率宽，温度稳定性好，并在常规条件下只需一步烧结即可合成等优点成为当前巨介电材料的研究热点。由于界面问题的复杂性和研究手段的局限性，目前在其巨介电常数的起源上还存在争议。本项目我们利用交、直流测量、复阻抗谱、热刺激电流/电容、电子顺磁共振、电循环处理和第一性原理对CaCu3Ti4O12（CCTO）陶瓷的介电性质，巨介电常数的起源从实验和理论两方面进行了系统研究。研究结果表明：（1）CCTO陶瓷中存在三种不同的非均匀介质区域和极化过程，这三种介质区域分别在不同程度上影响着材料的介电常数，利用等效电路对阻抗谱进行拟合，计算得到这三种区域的激活能分别为0.05 eV，0.58 eV和0. 49 eV。（2）、应用电压循环冲击处理方法，经过对循环冲击后的介电谱细分析，表明CCTO的表面与内部界面处由于存在大量陷阱态，在外电场作用下陷阱态电荷迁移时产生的偶极子弛豫是CCTO巨介电常数的起源。（3）、通过对CCTO进行热刺激电流的研究发现，CCTO在室温以下存在两个峰值，高温峰所对应的激活能为0.47 eV与导纳温谱中的0.46 eV 非常接近，进一步说明了陷阱的存在。第一性原理计算表明低温极化峰由深能级氧空位引起。（4）、电子顺磁共振对不同氧含量CCTO样品cu离子晶场作用g因子测量以及Mn掺杂CCTO样品介电谱测试分析表明，CCTO的巨介电常数主要源于分布在表面、晶界及晶粒内部的不同缺陷能级的氧空位。深能级氧空位是CCTO低温、低频介电常数的主要起源。该项目从缺陷、深能级陷阱等角度对CaCu3Ti4O12的介电性质做了系统、深入的研究，为CaCu3Ti4O12陶瓷巨介电常数的起源提供了新的线索。