近年来,具有准二维六角晶格结构的铜铁矿材料CuFeO₂以其独特的磁结构和强磁电耦合效应引起了研究者的广泛关注。然而,CuFeO₂物性机理复杂,特别是其最受关注的电磁调控机制尚不明朗,仍需进一步探索。本文采用高温固相法制备了多种元素掺杂的CuFeO₂基系列陶瓷样品,利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、正电子湮没光谱、综合物性测试系统以及精密阻抗分析仪等相关技术手段对CuFeO₂微观结构和物理性能进行了表征与分析,并探究了两者之间的关联规律。研究的内容及结果如下:1、研究了系列稀土离子(R=La³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺)Fe位掺杂对CuFeO₂微结构和磁性能的影响。微结构测试结果表明,R离子掺杂增大了晶格参数,提高了CuFeO₂体系的分子极化率;R离子掺杂抑制了晶粒的生长,提高了样品的致密度。正电子湮没寿命谱结果表明,R离子掺杂对体系缺陷浓度、尺寸以及局域电子密度都有较大影响。磁测量结果表明,反铁磁稳定性受到R离子掺杂的影响,这归因于稀土离子掺杂引起磁矩、交换相互作用的变化和自旋阻措的部分释放。掺杂样品的磁化强度也受到掺杂离子的影响,这主要是由R离子的磁矩大小不同所致。此外,局域电子密度与磁化强度密切相关,是调控CuFeO₂陶瓷磁性能的重要参数。2、研究了不同价态过渡金属离子(M=Sc³⁺、Zr⁴⁺)Fe位掺杂对CuFeO₂微结构和物理性能的影响。结果表明,M离子掺杂导致了晶格常数增大,晶粒尺寸减小。正电子寿命谱测试表明M离子掺杂增加了样品中缺陷的尺寸和浓度,导致了正电子湮没处附近电子密度的降低。介电测试结果表明,所有样品均显示出巨介电性,且具有较低的损耗。此外,样品的介电常数与介电损耗均在高频时具有很好的稳定性。3、研究了非化学计量Ti离子Fe位掺杂对CuFeO₂体系微观结构以及物理性能的影响。结果表明,Ti离子掺杂后,样品的晶格体积增大,晶界明显,结构致密。随着掺杂量的增加,晶粒尺寸减小。Ti离子掺杂导致了Fe²⁺和Ti³⁺离子的形成,且Ti³⁺浓度随着Ti掺杂浓度的增加而急剧下降,而Fe²⁺浓度随Ti⁴⁺/Ti³⁺浓度的变化而波动。此外,样品中阳离子空位的浓度也会影响Fe²⁺的浓度。正电子寿命谱测试表明Ti掺杂引起的结构畸变与小尺寸缺陷聚集之间的竞争使得样品的缺陷尺寸和浓度发生波动性变化。Ti离子掺杂降低了T_N1和T_N2的磁转变温度,抑制了弱铁磁性。此外,掺杂样品的磁化强度与Ti³⁺浓度和缺陷特征有很强的相关性。介电测试结果表明,未掺杂样品在测试范围内显示出良好的巨介电性。此外,样品的介电常数与介电损耗均在高频时具有很好的稳定性。通过上述内容,研究了CuFeO₂体系微结构变化对电磁性能的影响规律,为强关联电子体系CuFeO₂的物性机理研究及应用提供了实验基础。