中文摘要：

航空、军事、工业等多个领域都需要高电能存储系统，高储能密度电容器的研制是其技术瓶颈。CaCu3Ti4O12陶瓷虽然具有相当高的介电常数(1万~10万),但其击穿强度低，介质损耗和直流电导较大,且电导呈非线性，极大地限制了它用作高储能密度电容器材料。聚集在晶界处的半导电CuO影响着CaCu3Ti4O12陶瓷显微结构和缺陷结构，它们是影响直流电导与击穿强度的关键因素。本项目首先采用共沉淀法制备CaCu3Ti4O12陶瓷，以改善陶瓷烧结特性和致密性，并通过改变CuO的添加量，对陶瓷的显微结构和缺陷结构进行调控，研究显微结构和缺陷结构对直流电导和击穿强度的影响规律和机制；应用掺杂改性、加入玻璃相等技术途径，对显微结构和缺陷结构进行精细的控制，进一步提高CaCu3Ti4O12陶瓷击穿强度，降低其介质损耗和电导，为CaCu3Ti4O12陶瓷做为高储能密度电容器材料提供理论依据和技术途径。

结论摘要：

CaCu3Ti4O12（CCTO）陶瓷虽具有相当高的介电常数（＞104), 可用作高储能密度电容器材料，但其击穿强度低，介质损耗和直流电导较大,限制了它的应用。本项目通过改进合成工艺，应用掺杂改性、加入玻璃相等技术途径，对陶瓷的显微结构和缺陷结构进行调控，研究显微结构和缺陷结构对直流电导和击穿强度的影响规律和机制；通过介电谱对CCTO的松弛过程进行表征，并分析了其不同频率范围的松弛机制；为CCTO陶瓷做为高储能密度电容器材料提供理论依据和技术途径。 首先，采用共沉淀法制备CCTO陶瓷，以改善陶瓷烧结特性和致密性；细化合成工艺参数（例如确定反应溶液最佳pH值），使制备过程重复可控；且制得的陶瓷性能良好，性能具有较好的可重复性；在室温下，频率为1kHz 时，介电常数为1.4×104，介电损耗为0.037；提高了压敏电压和非线性指数。在充分研究CCTO陶瓷微观特性的基础上，在一定温度范围内通过测量I-V特性分析了CCTO的直流电导特性，发现CuO晶粒在陶瓷晶界区的存在并对直流电导起到重要作用。 其次，通过Al2O3及玻璃相（B2O3、Bi2O5）掺杂改性CCTO陶瓷的性能。研究发现，一定浓度的 Al3+作为受主掺杂替代部分Ti4+，降低了载流子浓度，并在一定程度上增加晶粒电阻，从而降低了低频范围因直流电导引起的介电损耗，并增加了击穿场强。适量的玻璃相掺杂有利于润湿晶界，增加陶瓷的致密度，提高击穿强度；而且玻璃相也可以在晶界处沉积，增大晶界处的电阻，降低CCTO的低频介电损耗，改善CCTO的电性能。 最后，由于CCTO介电损耗较大且损耗机理尚不明确因而限制了其应用，所以本项目以传统固相法和改进后的共沉淀法制备的样品为研究对象，利用宽带介电温谱研究了在交流小信号作用下双Schottky势垒耗尽层边缘深陷阱的电子松弛过程，载流子松弛过程以及CCTO陶瓷的介电损耗性能。研究发现，在低频下以跳跃电导和直流电导的响应为主，而高频下主要为深陷阱能级的松弛过程所致，特别是活化能为0.12eV的深陷阱浓度，这是决定CCTO陶瓷高频区介电损耗的重要因素。降低直流电导，有利于降低低频区介电损耗；而高频区介电损耗的降低，需要降低深陷阱浓度或增大晶粒尺寸。共沉淀法制备的CCTO陶瓷，可有效降低直流电导及控制深陷阱浓度，介电损耗降低明显。