1. 功能电介质理论

      2. 电气绝缘材料制备与物性

      3. 氧化物异质结的制备与磁电性能

      1.高性能绝缘材料制备关键技术

      利用介电谱研究PVDF复合材料的玻璃化转变的分子运动过程，证实了介电谱时温等效原理。课题组研究MWCNT(20%mol)/PVDF、MWCNT(80%mol)/ PVDF、ZrO2(30%mol)/PVDF、ZrO2(50%mol)/PVDF四种复合材料中填料对于PVDF复合材料的介电弛豫过程的影响。图1给出了PVDF复合材料在不同温度不同频率下的介电谱（上）和Cole-Cole图（下）。结果表明，加入填料可以改变PVDF复合材料的微观界面结构，进而影响在-10℃以上的高频区域的界面极化，并最终影响PVDF复合材料的介电常数与介电损耗。利用Havriliak-Negami方程计算MWCNT(20％mol)/PVDF、MWCNT(80％mol)/PVDF、ZrO₂(30％mol)/PVDF、ZrO₂(50％mol)/PVDF四种复合材料的电介质数据，并得到了五个参数。将实验结果与利用Havriliak-Negami方程计算MWCNT(20%mol)/PVDF、MWCNT(80%mol)/PVDF、ZrO₂(30%mol)/PVDF、ZrO₂(50%mol)/PVDF所得出的四种复合材料的五个参数进行拟合，发现利用Havriliak-Negami方程拟合实验数据具有一定的准确性。通过分析Δε和τ0与聚合物极化单元有关结果可以得出：极化取向单元数目增加，极化取向单元的跳跃时间减少，这可以解释并验证PVDF复合材料中极化单元的微观动力学，给出界面极化与偶极极化分离的物理现象，研究结果利用介电性能证实高分子绝缘材料介电弛豫时温等效原理。该项成果首次提出采用绝缘材料的电气特征参数研究电场作用下相变过程的理论与方法，为探明相转变过程中极化行为提供了重要的实验和理论支撑。

图1   PVDF复合材料在不同温度不同频率下的介电谱（上）和Cole-Cole图（下）

      2.铁电/铁磁多层异质结巨磁电容效应关键技术研究

      在铁电/铁磁多层异质结巨磁电容效应的研究中，课题组构筑FE/FM/FE三层、FE/FM/FE/FM/FE五层、FE/FM/FE/FM/FE/FM/FE七层（FE-铁电，FM-铁磁）等多层复合结构，探寻这些多层复合结构在磁场作用下介电特性变化规律，分析影响多层复合结构在磁场作用下介电特性因素，从多层复合结构的界面基本特征（各层等和基片的种类）、界面电子物理薄膜的厚度、形貌以及层数状态（磁性、电输运和极化）和铁电层的电极化行为（电畴运动和极化翻转）三个方面，研究FeMn/BaTiO₃多层复合结构的巨磁电容特性机理。异质结构在248K和266K温度下表现出两个介电峰，分别为BZT层的界面极化和偶极极化。通过综合物性测量系统对异质结构进行测量并分析，测量了在磁场作用下介电特性的温度和频率依赖性，在异质结构中，电容受磁场的影响很大。对于三层结构异质结构的MC系数分别为-60.5%和-38.8%，对于五层和七层异质结结构MC系数高达-98%，而且在小磁场作用下，电容值变化非常敏感，其原因是自旋与电子的耦合，FeMn层中的自由电子受到磁场的限制，而磁场是导致偶极电荷降低和电容降低的原因。该研究成果将有助于发现低场室温巨磁致电容效应的铁电/铁磁多层异质结结构设计和调控规律，具有一定理论和应用价值。

图2  铁电/铁磁多层异质结结磁电容特征曲线和不同结构异质结在不同磁场作用介电特征曲线