多铁材料是一种电、磁和结构序相互耦合的材料，它同时具有两种或者三种“铁性体”的性质：铁电性，铁磁性和铁弹性。其中，BiFeO3是少数具有高居里温度(Tc~1103 K)和高尼尔温度(TN~643 K)的单相多铁材料。BiFeO3的陶瓷、纳米线、厚膜和薄膜中有着丰富的物理现象，并且有许多潜在的应用，用于传感器、多态存储和非易失性磁电存储器件，一直是国内外研究的热门。　　本文以此为背景，研究了多种A位元素掺杂改性的BiFeO3陶瓷材料，对菱方、准立方、正交三种结构的BiFeO3基陶瓷的磁性与磁电耦合效应进行了分析，并深入探讨了 A位元素掺杂诱导的结构畸变对螺旋自旋调制和6s2孤对电子等微观结构的影响。在此基础上，以正交相的Bi0.8Gd0.2FeO3陶瓷为研究对象，探讨了A位掺杂铁酸铋的弥散性铁电相变机理，及其缺陷类型和热激活过程。本论文的主要研究内容和结果如下：　　1、本文首先选用半径较大的二价离子Pb2+(1.49?)取代Bi3+(1.36?)，采用Pb2+低掺杂方式保证铁酸铋的菱方相不变，并在此基础上研究结构畸变对多铁性的影响。采用传统固相法制备了二价离子 Pb2+低掺杂的单相 BiFeO3多铁陶瓷(Bi0.85–xLa0.15PbxFeO3，x=0~0.10)，这里La3+离子主要用于抑制Bi3+离子的挥发和稳定BiFeO3的钙钛矿结构，以方便形成单相，因此，掺入了15％的La3+，并固定这个含量。XRD图谱的Rietveld精修结果显示 Pb2+取代 Bi3+位置并没有诱导菱方相的BiFeO3产生结构相变，只是加剧了晶格的畸变。菱方结构下，陶瓷的剩余磁化变化不显著，磁性主要由氧空位和Fe2+离子的浓度决定。在5 kHz~10 MHz频率范围内对陶瓷样品的介电响应进行了测试研究，结果表明Pb2+离子的A位掺杂能有效的提高介电性能。此外，随着 Pb2+离子的掺杂磁电容效应也得到了增强，陶瓷样品中观察到相当大的磁电容效应(~18%)。　　2、在上述研究成果的基础上，继续增加Pb2+离子的含量直至发生晶格相变，进而研究结构相变对多铁性的影响。采用传统固相法制备了二价离子 Pb2+重掺杂的铁酸铋单相多铁陶瓷(Bi0.90–xLa0.10PbxFeO3，x=0~0.35)，并通过XRD，场发射扫描显微镜，介电，磁性，磁介电和磁电测试对陶瓷的性能进行了全面而详细的表征。对XRD图谱的Rietveld精修结果显示，在x=0.20附近发生了菱方相到准立方相的转变。通过磁滞回线的测试和分析，可以发现随着结构相变的产生，磁性发生了明显的突变过程，在x=0?0.10陶瓷显示反铁磁相，x=0.25?0.35转变为急剧增强的铁磁相，剩磁为Mr=0.27–1.3 emu/g，矫顽磁场Hc≤703.8 Oe。综合铁电和磁性的测试分析可以看出，在铁电R3c相的BiFeO3中，Pb2+离子掺杂是一种实现弱铁磁和铁电共存的有效方法。此外，首次报道了 Bi0.9–xLa0.1PbxFeO3–x/2陶瓷的磁介电和磁电耦合效应，并且在x=0.30处观察到最大的磁电电压系数(121.33 mV/cm·Oe)。这些研究对于理解复杂自旋结构的铁磁电行为和磁电耦合效应具有较强的理论价值。　　3、第1和2部分主要讨论的是二价离子的A位掺杂对铁酸铋的结构和磁性的影响，而另一种提高铁酸铋磁性和磁电耦合效应的重要方法是镧系元素的A位掺杂改性。因此，为了研究镧系元素A位掺杂引入的净磁矩(与镧系离子中的4f电子数有关)对 BiFeO3的多铁性的影响，本文选用4f电子数为零的La3+(4f0)，以及有较多4f电子的Gd3+(4f7)和Ho3+(4f10)，并详细的研究了传统固相法制备的Bi0.8Ln0.2FeO3(Ln= La, Gd, Ho)陶瓷的各项性能。电学测试结果显示 Bi0.8Ho0.2FeO3(BHFO)比Bi0.8La0.2FeO3(BLFO)和Bi0.8Gd0.2FeO3(BGFO)陶瓷样品具有更好的电绝缘性。通过磁性分析，可以明显看到陶瓷的磁性与镧系离子中的4f电子数有很强的依赖关系，在4f电子最多的Ho3+元素掺杂铁酸铋(BHFO)陶瓷中有最好的磁性能，其剩余磁化强度为Mr=87.6 me mu/g，饱和磁化强度为Ms=1.61 e mu/g。此外，通过磁场诱导电极化和介电的研究，确认了Bi0.8Ln0.2FeO3(Ln= La，Gd，Ho)陶瓷样品中磁电耦合效应的存在。　　4、除了研究室温下A位掺杂BiFeO3的测试，本文还对A位掺杂BiFeO3在高温下的铁电相变和缺陷的热激活过程进行了研究。本文选用正交相的Bi0.8Gd0.2FeO3(BGFO)陶瓷作为研究对象，并对其高温下的介电弛豫、热电导以及阻抗特性进行表征。采用快速液相法制备了BGFO陶瓷样品，其在900oC烧结的陶瓷具有最大的相对理论密度值(~98%)，并且在30 kV/c m电场下具有较小的漏电流密度(~2×10-6 A/cm2)和较大的电阻率(~8×109Ω?cm)，同时还具有最大的剩余磁化Mr和剩余极化Pr，剩余磁化强度为40 memu/g，剩余极化强度为1.7μC/cm2。通过介电–温度测试可以看出，BGFO的相变过程是典型的弥散性铁电相变，弥散指数为~1.7–1.9，修正居里常数值C比正常铁电体的居里常数大一到两个数量级。关于BGFO的弥散性铁电相变可以解释为：在同一晶格位置上，Bi3+和Gd3+，以及Fe2+和Fe3+离子的无序分布，从而导致晶体内部产生成分不均的微畴。微畴各自具有独立的居里温度，导致介质材料从单一的相变温度点扩展为呈一定的分布的相变温度区，宏观上就表现出弥散的铁电相变峰。此外，还研究了缺陷在高温下的传导机制，并计算了介电弛豫激活能和电导激活能。计算显示，氧空位的二次电离在介电弛豫和热电导中占据着主导作用。