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弛豫铁电体铌镁酸铅-钛酸铅[分子式为（1-x）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3,简写为PMN-xPT]具有优异的压电、电光、热释电等性能,已成为医用超声成像、工业无损探伤、水下声呐、电光调制、红外成像等领域高端器件的核心材料。1997年PMN-xPT单晶的发现被Science评价为“五十年来铁电领域最令人激动的发现”,2018-2020年Science、Nature、Nature Materials先后报道通过稀土元素掺杂大幅提高了PMN-xPT单晶/陶瓷的压电系数、机电耦合系数、透光率等性能,进一步提升了该材料的应用前景。PMN-xPT基材料的元素掺杂改性及其高性能产生机理成为新的研究热点。本论文采用铌铁矿法制备了元素掺杂改性的PMN-xPT的粉体并用两步烧结法制备PMN-xPT陶瓷。研究了元素掺杂种类、元素掺杂浓度、PMN-xPT固溶配比、陶瓷制备工艺等因素对PMN-xPT陶瓷结构和性能的影响。成功制备出高压电系数、高机械品质因素、高机电耦合系数的PMN-xPT压电陶瓷,并制备出高电光性能的PMN-xPT透明陶瓷,对稀土元素掺杂改性机理进行了初步探讨。具体内容如下:1研究了Mn掺杂量对PMN-0.25PT陶瓷结构和性能的影响:发现3 mol%Mn掺杂时可以在稍微降低压电系数d33和机电耦合系数k的前提下大幅度提升了陶瓷的机械品质因数Qm,（提升约15倍）,使得材料的综合品质因素FOM（Qm?d或Qm?k2）大幅提升,提升了其在高功率器件方面的应用前景。发现老化后的3mol%Mn掺杂的PMN-0.25PT陶瓷出现了双电滞回线,极化后出现明显的不对称场致应变和应变记忆现象,并应用“缺陷对称一致性”进行了解释。2、研究了Sm掺杂对不同固溶配比PMN-xPT陶瓷结构和性能的影响:发现Sm掺杂可以大幅度提升陶瓷的压电性能。2.5 mol%的Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷的压电系数d33达到了1634 pC/N,机电耦合系数kp达到了80.66%,均高于2018年Nature Materials所报道的性能,为目前已知最高值。通过极化前后的介电温谱,透射电镜选区电子衍射、明暗场像和高分辨像等手段研究了不同压电性能PMN-PT陶瓷的相变和显微结构,用场致相变和广泛分布的高密度异质极性区域解释了其高压电性能产生机理。3、制备了近红外波段材料的透明度接近50%的Sm掺杂PMN-xPT透明电光陶瓷,利用改进的单光束补偿法测量了光强和电压的关系,利用半波电压法和相移法计算了陶瓷的电光系数约为1073 pm/V,约为铌酸锂单晶的50倍,远高于PMN-PT单晶及其目前报道的其他电光材料的电光系数;半波电压为约100V（样品厚度0.8mm,宽度1mm时）,远低于KDP单晶、LiNbO3单晶的半波电压;表明Sm掺杂PMN-PT透明电光陶瓷在光通信领域具有良好的应用前景。