● 摘要
在微电子技术革命的推动下，电子器件要求小型化和单片化，新型材料的开发焦点就聚集在寻找高介电常数材料上。CaCu3Ti4O12（CCTO）材料以其高的介电常数（~ 105），良好的温度稳定性以及良好的电流-电压（I-V）非线性特征等优异的性能得到了研究学者们的广泛关注。CCTO陶瓷材料的这些良好的综合性能，使其有望在高密度能量存储、薄膜器件、高介电电容器、变阻器件等一系列高新技术领域中获得广泛的应用。但是，该材料高的介电损耗限制了其在商业中的实际应用，较低的压敏电压（Eb）也限制了其在较高电场下的应用。
本毕业论文在实验室已有实验条件的基础上，通过配方设计，实现结构控制，改进CCTO陶瓷材料的介电性能和电流-电压（I-V）非线性特征，推进CCTO基陶瓷材料在电容器材料和压敏电阻材料方面的实际应用。
采用传统的固相反应法在空气中制备(1-x)CaCu3Ti4O12-xAl2O3（x = 0, 0.15, 0.30, 0.40）陶瓷材料，通过Al3+置换Ti4+来调节CCTO基陶瓷材料的微观结构和相结构，研究室温下的介电性能和电流-电压（I-V）非线性特征。结果表明：Al2O3掺杂优化了CCTO基陶瓷材料的综合介电性能：在保持较高介电常数的基础上降低了材料的低频损耗（tan d = 0.04），并且将压敏电压（Eb）提高到1 084 V/mm。介电性能和非线性特征的改善与Al元素掺杂后使得晶粒尺寸明显减小，晶界的绝缘性大大提高从而导致晶界的比重增加，晶界肖特基势垒升高有关系。其中Al2O3的含量为0.30的样品具有良好的综合电学性能：er = 2 000，tan? d?? = 0.04（1 kHz），Eb= 1 084 V/mm，a? = 4.6。本实验结果为优化CCTO基陶瓷材料材料性能，推进该材料在电容器方面的应用提供了实验依据。
通过固相反应法在空气环境中制备一系列的纯CCTO和CaCu3-xLaxTi3.8Al0.2O12（x = 0，0.1, 0.2, 0.4）陶瓷材料样品。结果表明：在CCTO基陶瓷材料中加入Al元素的基础上加入La元素后，优化了CCTO基陶瓷材料的综合性能，在保持高介电常数（~104）的同时，降低了样品的介电损耗。样品的压敏电压从纯CCTO的28 V/mm提高到320 V/mm，样品的非线性系数a较纯CCTO的2.9相比提高到了59.4，本实验得到的数据有了数量级的增长，与曹蕾等人的研究结果一致。其中，CaCu2.9La0.1Ti3.8Al0.2O12陶瓷材料具有较好的综合性能：er = 41 022，tan ?d ??= 0.06（1 kHz），Eb= 320 V/mm，a = 59.4。该实验结果为优化CCTO材料性能、推进其在压敏器件方面的应用提供了实验依据。
在论文的最后一部分，总结实验室近两年的工作，在六组实验的基础上，归纳影响压敏电压和非线性系数的因素。结果表明：CCTO基陶瓷材料的压敏电压与陶瓷材料的晶界电阻值有关，晶界电阻变大，导致晶界处的肖特基势垒增大是影响陶瓷材料压敏电压增高的主要原因。CCTO基陶瓷材料的非线性系数a反映了陶瓷材料电流和电压的变化关系，晶粒尺寸变大是引起电流-电压（I-V）非线性系数提高的主要原因。