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随着社会科技的迅速发展,电子行业对巨介电陶瓷材料的要求越来越高。通过一些研究者的努力许多巨介电陶瓷材料已经被开发研究。然而,在单一陶瓷材料中同时实现巨介电常数(>104)、低介电损耗(<0.05)以及频率稳定性和温度稳定性好的要求则充满挑战。且伴随着可持续发展理念的提出,巨介电陶瓷材料的多功能化研究也逐渐变成热点。具有钙钛矿结构(ABO3)的SrTiO3陶瓷是一种优良的介电材料,具有低介电损耗、宽的带隙、高绝缘电阻率以及良好的结构稳定性和介电稳定性。且文献表明SrTiO3陶瓷通过改性处理可以成为巨介电材料或高储能材料,具有发展成多种性能兼具的材料的潜质。此外,SrTiO3陶瓷的性能与改性离子和方法关联性强,且其巨介电的起源存在争议。因此本论文以SrTiO3基陶瓷为研究对象,通过设计实验、掺杂改性、缺陷调控等方式,改善SrTiO3陶瓷的介电性能并分析其影响机理。研究不同缺陷类型、微观结构与介电性能优化的相关关系,为SrTiO3基陶瓷的多功能性研究与理论分析提供实验支撑,这对电子元器件的发展具有重要意义。选用传统固相法和氮气气氛烧结制备了 SrTi1-xTaxO3-2wt%SiO2(0.000≤x≤0.014)(STTO)陶瓷样品。研究了掺杂量对其结构、微观形貌和介电性能的影响。结果表明,适量的Ta离子(B位施主掺杂离子)可以固溶于SrTiO3结构且明显促进晶粒尺寸的增长。当x=0.010时,陶瓷样品可同时获取巨介电常数(22790@1 kHz,22063@1 MHz)、低介电损耗(0.01@1 kHz,0.025@1 MHz)、良好的频率稳定性(20-106 Hz)和温度稳定性(25-350℃)。基于不同气氛的烧结以及XPS的分析,对实现宽频下的巨介电常数和低介电损耗的机理进行了深入的讨论,发现适量的TiTi’-Vo-TiTi’缺陷偶极子和Vo-3TiTi’-TaTi缺陷团簇是材料具有优异介电性能的主要原因,这会阻碍电子的长程跃迁,并导致电子在局域区域内运动。采用固相法和氮气气氛烧结制备了高性能的Sr1-xLaxTiO3(0.000≤x≤0.018)(SLT)陶瓷样品。分别用XRD和SEM分析了陶瓷样品的相结构和微观形貌,发现没有第二相产生以及少量La离子(A位施主掺杂离子)掺杂促进了陶瓷晶粒的生长。La0.010Sr0.990TiO3陶瓷样品展现出良好的介电性能,在1 KHz下,其介电常数为26897,介电损耗为0.005;在1 MHz下,介电常数为26072,介电损耗为0.031,频率(20-2×106 Hz)和温度(25-300℃)稳定性好。此外,其绝缘电阻率在DC 100 V下高达3.10×109Ω·cm。在处理不同的气氛、XPS和阻抗分析的基础上,讨论了 A位施主掺杂SrTiO3陶瓷获得优异介电性能的机理。最终,TiTi’-Vo-TiTi\缺陷偶极子和Vo-3TiTi’-LaSr缺陷偶极子团簇被认为是巨介电常数和超低介电损耗的主要原因。此外,陶瓷样品高的直流电阻率主要由高绝缘性的晶界引起。采用固相法和不同气氛烧结制备了高性能的DyxSr1-xTiO3(0.000≤x≤0.018)(SDT)陶瓷样品。通过Dy离子(两性离子)掺杂改性和不同气氛处理,进一步调节陶瓷内的缺陷类型和浓度,Sr0.992Dy0.008TiO3陶瓷胚体通过不同处理可分别制备了优良的巨介电陶瓷材料和高储能密度陶瓷材料。一方面,通过还原和再氧化处理,x=0.008陶瓷样品在1 kHz下介电常数和介电损耗分别为23134和0.0098,1 MHz下为22069和0.028,绝缘电阻率为1.52×109 Ω·cm(DC 100 V),且伴有优异的温度稳定性(25-400℃)。优异的介电性能主要由与氧空位有关的缺陷偶极子和高绝缘晶界层决定。另一方面,对于在氧气中烧结的x=0.008陶瓷样品,其储能密度为4.00 J/cm3,储能效率为89.49%,透光率为65%。同时,x=0.008陶瓷样品在不同电场下具有良好的热稳定性(20-120℃,120 kV/cm),频率稳定性(10Hz-1 kHz,400 kV/cm)。储能密度的增加主要是由于DyTi’容易吸引氧空位形成缺陷偶极子,导致氧空位含量和氧空位迁移率降低,以及相对密度的增加和晶粒尺寸的减小。此外,x=0.008陶瓷样品在120 kV/cm电场下的电流密度为420.1 A/cm2、功率密度为19.2 MW/cm3和20 ns的放电速率,这表明其是一种具有很强应用潜力的无铅大功率电容器。通过调节缺陷浓度来实现大介电常数行为和高储能密度的转换。提出了“一种配方、两种烧结工艺、多种性能”的思路,这有助于巨介电陶瓷材料的可持续发展。通过B位施主离子(Ta5+)、A位施主离子(La3+)和两性离子(Dy3+)掺杂SrTiO3陶瓷样品介电性能的比较研究,可以发现引起SrTiO3陶瓷样品巨介电和低损耗的主要原因是适量的与氧空位有关的缺陷偶极子导致的,其中最主要的是TiTi’-Vo-TiTi’缺陷偶极子,其他的缺陷为次要因素。而巨介电SrTiO3陶瓷样品保持高绝缘电阻率主要取决于晶界的绝缘性。而氧空位的产生主要受到离子掺杂量、氧分压、烧结温度的影响,晶界的绝缘性主要受到氧空位迁移和晶粒尺寸的影响。