铁电陶瓷可实现电能与机械能之间的转换,其应用已遍及人们日常生活中的每个角落。目前,包括驰豫铁电陶瓷在内的传统铁电陶瓷大多是含铅陶瓷。但含铅铁电陶瓷在制备、使用和废弃后处理过程中会对环境和人类造成损害。无铅铁电陶瓷良好的综合压电铁电性能,被认为是替代铅基同类产品的有前景的材料。因此,对无铅铁电材料的研发具有重要的社会经济价值。设计非均匀局域结构是新近发现的增强无铅铁电陶瓷性能的非常有效的一种手段。从多尺度修饰材料微观结构,从而造成了长程铁电有序性的破坏,可使铁电材料性能增强和突破。除了压电性能,铁电陶瓷的其他物理性能也可以通过局域结构的设计得到明显改善。因此,本文在无铅铁电陶瓷中设计和构建了非均匀局域结构,并系统研究了非均匀局域结构对无铅压电陶瓷的性能的影响机制,具体研究内容和结论如下:首先,运用有限元软件COMSOL Multiphysics中结构力学模块中的压电设备模块对圆盘状表面复合ZnO的0-3型BaTiO3复合陶瓷进行了有限元分析。复合陶瓷模型构建了10个微米级弥散分布的ZnO非均匀局域结构,与纯BT陶瓷进行了压电应力和压电极化的对比分析。仿真结果表明因为微米级ZnO非均匀局域结构的存在,使得样品性能呈现不均匀分布,但复合陶瓷的整体纵向压电常数相较于纯BT陶瓷有了一定的提高。然后,采用传统的固相反应法和激光表面微处理制备了BT-ZN压电复合陶瓷。通过系统深入地研究样品的微观结构和电学性能,发现d33的增强来自于自发极化的贡献。在BT与ZN界面处,能带弯曲导致内建电场的形成,自发极化更容易发生移动,这一结论也通过COMSOL模拟软件得到验证。为通过调制掺杂剂的能带结构来改善压电陶瓷的压电性能提供了一种可行的策略,对以BT为代表的铁电陶瓷的性能优化研究有参考价值。基于上述的研究工作,接下来利用飞秒激光对KNN压电陶瓷进行表面打孔加工处理,并在孔内填充ZnO、BiFeO3和Al2O3亚微米级粉体,构建出表面0-3型非均匀局域结构。系统地研究了KNN基复合陶瓷的微观结构和电学性能。结果表明,ZnO和BiFeO3的加入增强了材料的铁电性能。此外,基于DFT的第一性原理计算了KNN和三种添加剂的能带结构。从能量上看,d33的增强来源于类似的ECB和EVB,它们有利于自发极化的重新定向和畴切换运动。总的来说,该工作提供了一种制备复合陶瓷的新方法和一种通过添加剂的能带工程显著提高KNN压电陶瓷的压电性能的新策略。最后,通过构建和设计非均匀局域结构及其所引起的界面效应调控具有多铁性可实现磁电耦合功能特性的铁电陶瓷。采用溶液包覆合成的方法在KNN压电陶瓷中实现了多铁性异质结磁电耦合。0.8KNN-0.2Fe2O3陶瓷的剩余磁化（Mr～0.043 emu/g）和剩余极化（Pr=8.12μC/cm~2）同时得到。Mr和Pr均高于传统固相反应法制备的钙钛矿型铁电陶瓷BiFeO3。TEM分析表明在KNN基陶瓷中存在（1-x）KNN-xFe2O3异质结结构,结合COMSOL仿真模拟,说明这种多铁异质结结构是显著改善其铁磁性能的主要原因。此外,KNN-Fe2O3陶瓷具有较高的压电常数(d33=80 pC/N～115 pC/N)。利用0.8KNN-0.2Fe2O3陶瓷的磁电耦合效应可以扩展器件的功能,满足电子元器件的小型化要求。