铁电压电材料凭借其优异的机电转换性能以及灵敏的响应速度,广泛应用于多种功能器件及高新技术领域。基于环境保护的要求,发展高性能环境友好的无铅铁电压电材料成为目前的研究重点。钛酸铋钠(Na_0.5Bi_0.5TiO₃,NBT)基ABO₃型弛豫铁电体具有良好的铁电性（P_r=38 pC/cm²）和优异的热稳定性（T_c=320℃）,被认为是最有可能取代铅基的铁电压电材料体系之一,并且可以通过引入四方相BaTiO₃（BT）和K_0.5Bi_0.5TiO₃（KBT）优化其电学表现。本论文主要以NBT基无铅铁电压电材料为研究对象,从单晶生长、电学性能调控、微观结构影响机制及光学性能表征几方面入手,对其进行全方位、多层次的研究。采用顶部籽晶助溶剂提拉生长法（TSSG）生长出了Mn:NBT-5BT单晶,利用压电力显微镜（PFM）研究了其微观畴结构,发现内部存在着多种形态的纳米畴,均对宏观电学性能起到重要贡献。系统地研究了准同型相界（MPB）附近NBT-KBT单晶的介电、压电及铁电性能。对比发现随着KBT组分增加,矫顽场由5 kV/mm降低至3.4 kV/mm,NBT-15KBT具有最高的压电系数(d₃₃为232 pC/N);研究其微观畴结构,在微观区域高KBT组分的单晶铁电畴具有更小的矫顽场;同时研究了取向对铁电微畴翻转的影响规律,<111>取向单晶相比于<001>取向具有更小的矫顽场,升温后<111>取向单晶在局部在微区低退极化温度更低。研究了离子掺杂和极化工艺对NBT-KBT单晶电学性能的影响。Mn离子掺杂使晶体的漏电流由40×10^-4 A降低至8×10^-4 A,且晶体具有较高的稳定性（T_d=165℃）;掺入Ba离子形成NBT-KBT-BT三元固溶体系,该体系场致应变S_max=0.19%,相比提高了40%,d₃₃增加至242 pC/N;采用交流极化的后处理工艺,使单晶在常温下也可以达到较好的极化效果,d₃₃为142 pC/N,与直流极化结果相当。系统地研究了无铅NBT-8KBT和Mn:NBT-8KBT单晶的折射率、消光系数和透过率。其中,折射率在可见光区表现出典型的频率色散关系,掺Mn晶体的折射率相比略有下降,与晶格收缩有关;采用修正的Sellmeier色散方程和单振子色散关系对实验数据进行拟合;测量透过谱后发现晶体在可见光区均是透明的,具有很高的光学透过率,在Mn:NBT-8KBT单晶中发现了100 nm吸收边的红移;利用Tauc方程计算了单晶的带隙能分别为2.96 eV和2.62 eV,发现Mn离子掺杂后带隙能明显下降,为电子光学器件的潜在应用提供了一种有效的带隙调节方法。