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随着现代科技的快速发展,对材料性能的要求越来越高,集成度高的多功能材料成为学者们的研究热点。一直以来,铅／铋基钙钛矿型氧化物由于其丰富的物理性质(铁电和铁磁等),受到广泛关注。其中一些化合物在准同型相界(morphotropic phase boundary, MPB)表现出优异的压电性能和较高的居里温度,使其成为一类重要的功能材料。钛酸铅基化合物除了具有铁电性外,还表现出奇特的负热膨胀性,这就为调控材料的热膨胀系数提供了可能,使其能适应更高温度的工作环境。本论文首先对一些传统的压电材料进行了改性,通过掺杂等手段显著提高了它们的性能；同时,探索了一些新的铅基和无铅高性能压电材料。此外,研究了钛酸铅基化合物的热膨胀特性,获得了巨大体积收缩材料以及多功能零膨胀材料。对材料的晶体结构、热膨胀以及相关的电学性能进行了系统地研究,并阐述了相关的机理。本论文研究了Pb(Zr0.54Ti0.46)O3-KNbO3、PbTiO3-Bi(Ni1/2Hf1/2)O3铅基压电材料以及Bi0.5Na0.5TiO3-Ba(Ni1/3Nb2/3)O3、K0.5Na0.5NbO3:ZnO和Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-BiFeO3无铅压电材料。对传统压电材料Pb(Zr0.54Ti0.46)O3, Bi0.5Na0.5TiO3和K0.5Na0.5NbO3的改性使这些材料本身存在的一些缺陷得到很大改善：a、在不降低Pb(Zr0.54Ti0.46)O3居里温度的情况下,显著提高了其压电系数；b、削弱了Bi0.5Na0.5TiO3的矫顽场,使得压电系数大幅度提高；c、改善了K0.5Na0.5NbO3的烧结性,提高了K0.5Na0.5NbO3性能的温度稳定性。同时,探索出了性能优异的新压电材料。在PbTiO3-Bi(Ni1/2Hf1/2)O3体系MPB处,得到的压电系数d33高达446 pC/N,可与目前报道的具有最高压电系数的铋基压电材料0.64PbTiO3-0.36BiScO3(d33=460 pC/N)相媲美；在Bi(Zn0.5Ti0.5)O3-BiFeO3体系中观察到四方和单斜相共存的MPB,以及纯的单斜相,该体系同时表现出很高的极化强度,是一种潜在的高性能无铅压电材料。在目前已知的PbTiO3基铁电化合物中,除了PbTiO3-BiFeO3和(Pb,Cd)TiO3表现出反常增强的轴比以及负热膨胀性以外,其他的都呈现削弱趋势。本论文中通过高温高压法将出些强极性的简单钙钛矿型氧化物Bi(Zn0.5Ti0.5)O3、BiCoO3和PbVO3与PbTiO3形成了固溶体化合物PbTiO3-Bi(Zn0.5Ti0.5)O3, PbTiO3-BiCoO3以及PbTiO3-PbVO3。所有的体系的晶体结构都发生了反常变化,轴比和居里温度都显著增强。同时,在PbTiO3-BiCoO3以及PbTiO3-PbVO3体系中观察到巨大的体积收缩现象。在PbTiO3-BiCoO3中观察到高达4.8%的体积收缩,是目前为止最大的体积收缩。通过同步辐射、中子衍射、X射线吸收精细结构以及第一性原理计算等手段表明,这种大的体积收缩可能是由于晶格与铁电以及晶格与Co的自旋态之间的多重耦合作用引起的。在PbTiO3-Bi(Co0.5Ti0.5)O3体系中,成功实现了零膨胀材料的多功能化。通过少量的Co替代Ti,设计了偏离化学计量比的成分点0.6PbTiO3-0.4Bi(Co0.55Ti0.45)O3-6,获得了零膨胀半导体铁电材料,为今后探索多功能化的零膨胀材料提供了一条有效的途径。