放电等离子体烧结CaCu3Ti4O12陶瓷及其高介电行为研究

CaCu3Ti4O12(CCTO)是一种钙钛矿结构的高介电材料，探讨CCTO陶瓷高介电性的本质，对于CCTO基微电子器件的可控制备及应用具有重要意义。本项目采用溶胶-凝胶法、高能球磨法等制备系列CCTO基纳米粒子，创新性地采用放电等离子体烧结技术制备单相、致密的CCTO基纳米陶瓷,通过不同时间下的退火制备晶粒尺寸不同的CCTO多晶样品。考察CCTO陶瓷生长过程中晶粒和界面的相结构、化学成分、势垒层厚度分布以及电子态等随烧结温度、烧结时间、成分等的演化规律，探索晶粒半导性、晶界绝缘性的本质，系统考察晶粒尺寸、晶粒和界面的物相和微结构、氧缺失、电荷转移、反位替代及局域无序等因素对CCTO介电特性的影响，阐明CCTO陶瓷中晶粒和晶界的基本特征、电荷转移机制、输运动力学规律以及CCTO陶瓷介电弛豫的物理机制，揭示CCTO高介电性的本质。

CaCu3Ti4O12(CCTO)是一种钙钛矿结构的高介电材料，基于探讨CCTO 陶瓷高介电性的本质，本项目开展了以下工作：分别采用草酸共沉淀法、草酸前驱物法以及溶胶-凝胶方法制备了CCTO纳米颗粒，制备的CCTO纳米颗粒粒径分布均匀，尺寸50-100nm可控，采用静电纺丝方法制备了CCTO纳米纤维，制备的多晶CCTO纳米纤维直径200-300nm，长度在um量级；采用放电等离子体烧结工艺制备了致密的CCTO高介电材料，系统研究了制备工艺对CCTO的晶粒及其界面的影响，以及晶粒及界面的电荷态；研究了A位Rb掺杂，B位Fe和Ru掺杂、以及不同氧环境下退火的CCTO陶瓷的界面特征、晶粒和界面的相结构、化学成分、势垒层厚度分布以及电子态特征，研究了晶粒尺寸、晶粒和界面的物相和微结构、氧缺失、电荷转移、反位替代及局域无序等因素对CCTO介电特性的影响，系统分析了CCTO 陶瓷中晶粒和晶界的基本特征、电荷转移机制、输运动力学规律以及CCTO 陶瓷介电弛豫的物理机制。利用制备的CCTO纳米颗粒及纳米纤维，制备了系列CCTO基的有机/无机复合介质，制备的复合介质介电常数高，介电损耗小，并利用阈渗理论进行了细致分析。上述的研究结果已达到本项目设定的研究目标，后续的有关研究将会继续进行。而且，我们的研究结果对于CCTO 基微电子器件的可控制备及应用具有重要意义。