金属氧化物材料具有优异的物理和化学性能,是重要的功能材料,被广泛地应用于电化学储能器件、光电器件、气体传感器等领域。对典型金属氧化物的结构、电学性能及其输运机制进行深入研究,在丰富金属氧化物基础研究,发现具有更优性质的新材料,进而推动金属氧化物的应用来说,都具有十分重要的现实意义。本论文基于金刚石对顶砧高压实验装置,利用包括高压同步辐射XRD、高压拉曼、高压阻抗谱、高压紫外等多种原位探测技术,结合简单的第一性原理计算,对金属氧化物α-GeO2、SnO2、TiO2、Mn3O4的结构及电输运性质进行了系统的研究,获得了一系列创新研究结果。摘要如下:1、利用原位高压拉曼光谱测量手段并结合第一性原理计算,研究了体材料α-GeO2的晶体结构随压力的演化规律;利用高压下原位交流阻抗谱测量手段,研究了GeO2样品在高压下的电输运行为。发现在5GPa时,Ge配位数从4变为6,然后转化为非晶玻璃态。卸至常压后,该玻璃态可以被截留。α-GeO2的离子电阻随压力的变化趋势在4.6GPa处发生突变,这是因为Ge配位数由4变为6的过程中,GeO4四面体附近会出现更多无键氧原子,可传输的O2-浓度增大造成的。此外,压力还可以有效地改善α-GeO2的介电性能,压力循环后得到的GeO2非晶态介电损耗的响应区间变宽,且低频处的介电损耗值明显降低。该工作不但为进一步提高非晶态Ge氧化物的介电性能提供了一种有效的路径,也为进一步探索Ge氧化物在光电器件方面的应用奠定了物理基础。2、采用原位同步辐射X射线衍射、交流阻抗谱和变温电阻率等测试手段,研究了体材料SnO2在高温和非静水压条件下的结构与电学性质。研究结果发现:通过采用非静水压缩、缓慢加温降温相结合的方法,以往21GPa条件下才能实现的SnO2金红石到立方萤石相的相变可以在12GPa和500K的条件下提前发生,并可保留至常压。这种高压萤石相SnO2的电导率比金红石相大10倍左右,并且可以保留至常压。通过非静水压缩、缓慢加温并降温的途径截获SnO2高压相至常压是本工作的重要发现,为截获具有优异性能的高压相提供了一种新的视角。3、采用交流阻抗谱、紫外吸收光谱、高分辨透射电镜等测试方法,研究了平均粒径分别为11nm和62nm的锐钛矿型TiO2（anatase TiO2）在高压下的电输运行为,并结合高压拉曼测试从电学角度表征了晶界对电输运性质与结构性能的影响。研究发现:不同尺寸的锐钛矿型TiO2在压缩条件下的电输运机理差异可归因于晶界的影响。拉曼测试显示了两种不同纳米尺寸样品有着不同的高压相变序列。晶界处的原子排列处于过渡态,其中化学键的断裂和形成比晶粒中需要更多的能量,从而抑制了新相的形成。因此,尺寸相关的晶界效应可以对锐钛矿型TiO2的相变序列带来一些不可忽略的影响。我们的研究不仅揭示了尺寸效应对高压下纳米anatase TiO2电学性质的影响机制,而且为纳米材料高压相变尺寸效应的研究提供了新的视角。4、采用交流阻抗谱和紫外吸收光谱的测试方法,研究了Mn3O4在压力作用下的电输运性质变化。交流阻抗谱表明,4GPa之前,高压下Mn3O4一直保持纯离子导电机制。但在4GPa以后,离子和电子导电两种机制共存。导电机制的改变归因于压力作用下带隙的减小。压力达到12.2GPa后,导电机制变为纯电子导电,是由压力诱导四方尖晶石到正交marokite型的结构相变所导致的。同时高压紫外吸收实验也发现,光学带隙在12.1～20GPa范围内呈现出突然降低的趋势。这表明12.2GPa导电性能的大幅提高是由于带隙降低所导致的。压力诱导可以使Mn3O4中的离子导电消失和带隙发生窄化,从而调制Mn3O4导电特性,为进一步开发Mn3O4电极材料的电化学性能开辟了一条新的可能途径。