电磁材料以其固有的力电磁多场耦合特性,作为功能器件的核心元件在生物医学、信息存储、航空航天和电力电子等现代科技和工程领域具有广阔应用前景。电磁功能器件经常服役于力-电-磁多物理场的耦合环境中,测试和表征电磁材料在多场耦合条件下的变形与断裂行为,同时调控提高其物理力学性能,对于电磁功能器件的设计与性能评估具有重要指导意义。本文主要研究电磁材料多场耦合性能的实验表征和调控提高,从仪器研发、实验研究、测试方法和畴工程等方面开展了以下相关工作:(1)基于模块化思想,完成了多物理场多载荷耦合加载实验仪器的电、磁和热场模块设计,多场之间互不干扰且不存在空间干涉;并进行了电磁材料本构曲线测试,验证了仪器的加载可行性和功能完备性。(2)实验研究了挠曲电效应诱导的铁电材料模量压入尺寸效应;发现正电场抑制模量压入尺寸效应、负电场增强模量压入尺寸效应的现象,并通过等效挠曲电场与外电场之间的相互关系进行解释。发现层状磁电材料中磁场调控铁电层模量增加、硬度和断裂韧性减少的现象,并揭示了其调控机理为界面应变调控机制。(3)提出了基于微纳米压痕的挠曲电系数测试方法。新的测试方法通过压痕实验结合有限元计算提取材料的挠曲电系数,避免了常规实验测试方法中存在的动态挠曲电效应干扰、静态电荷测不准以及应变/应力计算误差等问题,以及复杂的实验平台搭建流程。(4)建立了铁电/铁磁材料基于相场模型的有限单元法。研究了挠曲电效应对铁电纳米墩力学性能的调控;通过设计构型控制高载荷下结构内部涡旋畴结构的形成,可明显增大畴转应变。发现偏置电场调控铁电双轴模量成蝶形曲线变化。利用缺陷改变局部能量分布状态可调控材料的力电耦合性能,其中引入与初始极化方向相反的离子掺杂方案为最优材料改性方案。研究了铁磁薄膜/铁电基底复合材料体系的电控磁行为;通过加载合适的预压应变,可实现在较低的电场下可逆电控磁畴90°翻转。