压电材料由于其电能与机械能的相互转换与耦合,广泛应用在压电传感器、驱动器、换能器等领域。近年来,随着微机电系统（MEMS）的应用前景越来越广阔,压电器件朝着智能化和小型化研究方向发展。压电薄膜制成的微型化压电器件具有更高的机械精度和稳定性,因而可以应用于微机器人、扫描探针显微镜、硬盘驱动器、微光学器件等需要精密定位或驱动的领域。铌酸钠（Na Nb O₃）是一类非常有前景的压电材料,其相结构丰富、压电性能优异。在外场诱导下,Na Nb O₃材料能够发生反铁电相（Pbma）至铁电相（Pmc2₁）的不可逆相变。据报道,被诱导为铁电相结构的Na Nb O₃陶瓷室温下压电系数d₃₃能够达到40 p C/N,退极化温度达到300°C,应变值达到0.2%,具有优异的压电应用潜质。然而,Na Nb O₃材料的的铁电相结构是亚稳态结构。室温下,Na Nb O₃材料为反铁电相结构与亚稳态铁电相共存的结构,其中,占主导地位的是反铁电相结构。由于反铁电和铁电结构较小的自由能差,反铁电和铁电相结构之间存在相对的不稳定性,这种不稳定性容易受计量比、微结构、掺杂和外加电场等影响。因此,在Na Nb O₃薄膜中,由于Na元素的易挥发性与相结构的不稳定性,难以获得外场诱导的具有压电性的铁电相结构,限制了Na Nb O₃材料在压电薄膜器件中的应用。此外,由于Na Nb O₃结构较为复杂、制备难度较大,因此到目前为止,对Na Nb O₃薄膜的基础研究相对较少。另外,Na Nb O₃材料晶内应力能够显著影响其反铁电和铁电相的相对稳定性,这表明影响晶内应力的潜在因素（例如致密度、晶粒尺寸或阳离子空位）能够影响Na Nb O₃材料的相稳定性。尤其地,对于Na Nb O₃薄膜而言,Na元素的挥发产生的Na缺量将必定影响相稳定性,从而影响外场下反铁电至铁电相转变过程。然而,Na非计量比如何影响相稳定性的规律和机制仍缺乏研究。为了在外场下稳定Na Nb O₃薄膜的铁电相结构,揭示Na非计量比影响相稳定性的规律和机制,本论文针对Na非计量比Na Nb O₃陶瓷的制备和相稳定性,Na Nb O₃薄膜的制备及Na Nb O₃薄膜中反铁电至铁电相结构转变的微区分析三个方面进行了一系列研究工作。实验结果表明,Na缺量能够显著稳定反铁电相,当Na缺量超过2%时,无法得到外场诱导的铁电相;通过调控晶内应力,外场下Na Nb O₃薄膜能够得到稳定的铁电相,开拓了Na Nb O₃薄膜在压电应用方面的前景。主要内容及结论如下:（1）采用固相反应法成功制备了系列Na_1+xNb O₃陶瓷（靶材）,系统地研究了Na非化学计量对微观结构、电性能和反铁电相稳定性的影响。结果表明,Na缺量Na Nb O₃陶瓷的反铁电相至铁电相相变转折电场比纯组分的相变转折电场显著增加,证明了反铁电至铁电相转变的能量壁垒更高。在微结构引入适当的A位空位能够增加晶格中的压应力,增强反铁电畸变并提高反铁电P相和铁电Q相之间的能垒。（2）采用脉冲激光沉积法在（001）取向的Nb掺杂Sr Ti O₃衬底上成功制备了外延、致密、平整且介电损耗低的Na Nb O₃薄膜,研究了制备工艺对Na Nb O₃薄膜微观结构和电性能的影响。经过工艺优化,确定Na Nb O₃薄膜的最佳生长温度、靶间距、沉积氧压和激光脉冲频率分别为625°C、8 cm、0.15 mbar和2 Hz。在此条件下生长的（001）Na Nb O₃外延薄膜粗糙度为0.174 nm,介电常数和介电损耗分别为1350和0.05。（3）沉积氧压不仅能够影响Na Nb O₃薄膜的生长模式、表面结构、电学性能,亦能通过影响薄膜中Na的含量从而影响薄膜在外场下反铁电相至铁电相转变的发生。较低的沉积氧压下Na Nb O₃薄膜Na挥发较多,造成薄膜中Na缺量,稳定了反铁电相。而沉积氧压的增加能够增加薄膜中Na含量,使薄膜能在电场诱导下发生反铁电至铁电相变,并能获得稳定的铁电相。（4）运用压电力显微镜（PFM）研究了Na Nb O₃薄膜反铁电相至铁电相的相转变的微区畴变化及应变变化的微观机制。通过不同电压的加载,得到了微观下铁电畴从无到有的演变以及场致相变过程,证实了Na Nb O₃中铁电相的稳定存在。此外,通过PFM测试的应变曲线判断得到了不同相结构下的应变贡献机制。