铁电薄膜材料由于其优异的介电性、压电性和铁电性能，被广泛应用于存储器、制动器、压力传感器等电子元器件之中。在电子元器件日益智能化和微型化的今天，铁电薄膜由于材料尺寸小，性能好等特点，更是有着广阔的应用前景。铁电材料的铁电性是一种非线性行为，而导致这种非线性行为的根本原因，一般认为是电畴的翻转。精确描述材料的非线性电畴翻转行为仍然是一件具有挑战性的工作。加之铁电薄膜的工作环境复杂，容易受到力场、电场和温度场等多种外场的耦合作用，因此，本文研究的重点是建立适当模型来描述铁电薄膜材料在外加力场、电场和温度场下的非线性行为。　　铁电薄膜的制备过程中由于需要进行镀膜和退火等工艺，将会不可避免的产生残余应变，其中包括剩余应变本征形变和热失配应变等。这些应变是在铁电薄膜受到外场作用前就存在的，固称之为自发应变。铁电薄膜和基底之间存在着一个界面层，这个界面层的介电系数比铁电层的介电系数显著降低，而且介电层也不会发生电畴翻转行为。由于铁电薄膜材料的服役环境比较复杂，常常可能受到力-电-热耦合场的作用，因此建立合适模型来描述铁电薄膜力-电-热耦合场下电畴翻转是很有必要的。本文的第一部分是从电畴的角度出发，考虑剩余应变、本征应变、热失配应变，建立力电耦合场下电畴翻转的细观力学模型；第二部分考虑膜基界面层的存在，修正耦合场下电畴翻转的细观力学模型；第三部分在力电耦合场之外再考虑温度场的作用，建立铁电薄膜材料在外加力-电-热耦合场下的电畴翻转模型，以描述其非线性行为。具体研究内容和理论如下：　　1.将铁电薄膜制备过程中的自发应变考虑到其非线性压电本构方程中，计算出每个电畴的Gibbs自由能。根据热力学第二定律，具有较高自由能的状态会自发的向较低自由能的状态转化，两个状态自由能的差值提供了电畴翻转的动力，如果这个差值大于了某个阈值，那么电畴就会发生翻转。在四方相铁电体中，电畴翻转分为90°和180°翻转两种，它们各自有不同的翻转阈值。判断电畴是否发生翻转之后，根据本构关系计算出每个电畴的应变和电位移，然后对所有的电畴求体平均得到薄膜的宏观应变和电位移，计算出铁电薄膜在力电耦合场下的电滞回线和蝴蝶回线。通过本文提出的模型与传统模型、实验结果对比表明：本文提出的模型比传统模型更好地模拟了铁电薄膜力电耦合场下非线性行为。从电滞回线上可以看出，随着外加压力的逐渐增大，薄膜的剩余极化强度增大，矫顽场会变小；而随着外加拉应力的增加，薄膜的剩余极化强度逐渐减小，而矫顽场变大。从蝴蝶回线中可以看出随着外加压应力的增加，剩余应变、场致应变都增大，而随着外加拉应力的增加，剩余应变、场致应变都变小。　　2.考虑了铁电薄膜中介电层的存在，修正了薄膜的本构关系，运用改进的细观力学模型模拟了薄膜在不同外场下的电滞回线和蝶形曲线。模拟考虑介电层的影响和不考虑介电层的PZT铁电薄膜的电滞回线和蝶形曲线，并且和实验曲线进行了对比。结果表明考虑了介电层的模拟结果与实验结果更加接近。在不同外加单轴应力场下，模拟了考虑介电层和不考虑介电层的铁电薄膜的电滞回线和蝶形曲线。由于介电层使得薄膜内有效电场的降低，并且使薄膜的介电系数降低，所以导致电畴的自由能降低，导致薄膜宏观的电位移降低了。考虑了介电层以后铁电薄膜的宏观场致应变和剩余应变值都比不考虑介电层的值降低，并且与实验更加接近。这些结果说明了我们考虑介电层修正模型的合理性。　　3.为了考虑力-电-热多场耦合下铁电薄膜的电畴翻转，建立了力-电-热的本构方程，并考虑了铁电薄膜在制备过程中产生的本征应变和热失配应变。同样用热力学的方法，通过Gibbs自由能来判断电畴翻转的情况，并由本构方程计算出每个电畴的电位移和应变，再通过对所有的电畴求体平均来求得薄膜宏观的电位移和应变，模拟出薄膜在力-电-热场下的电滞回线和蝴蝶回线。模拟结果和实验结果较为接近，说明了我们提出方法模型的有效性。