多铁性材料是一类能够同时表现出两种或两种以上铁性（如铁磁性、铁电性、铁旋性以及铁弹性等）的多功能材料,在新型信息存储器、多功能元器件和自旋电子器件等方面有着广泛的应用前景。作为典型的单相多铁性材料,铁酸铋（BiFeO₃）具有远高于室温的反铁磁奈尔温度（643 K）和铁电居里温度（1103 K）。但是,制备中容易产生杂相、较弱的室温磁性以及较高的漏电流等问题限制了其进一步应用。为了解决这些问题,本文着重于稀土和碱土离子共掺杂、稀土和3d过渡金属离子共掺杂BiFeO₃的改性研究,详细地探讨了上述共掺杂BiFeO₃系列材料的制备、晶体结构、铁磁性和铁电性。具体内容主要包括以下几部分:第一、采用溶胶凝胶法制备了碱土金属离子（Ca、Sr、Ba）分别与Eu离子共掺杂的BiFeO₃,研究这种共掺杂对BiFe O₃多铁性能的影响。首先,制备了单掺杂BiFe O₃样品:Bi_0.95Eu_0.05FeO₃、Bi_0.95Ca_0.05FeO₃、Bi_0.90Ca_0.10FeO₃和（Eu、Ca）共掺杂的BiFeO₃样品:Bi_0.90Eu_0.05Ca_0.05FeO₃、Bi_0.85Eu_0.05Ca_0.10FeO₃。共掺杂的样品表现出更强的磁性,这主要是由于结构相变以及磁性Eu³⁺离子的贡献;铁电性的研究发现,2价的Ca离子掺杂会产生更多的氧空位,导致漏电流密度增大,而Eu离子掺杂则可以减小漏电流,从而增强铁电性。其次,制备了Bi_0.95-xEu_0.05Sr_xFeO₃（x=0,0.05 and 0.10）系列样品,当x=0.10时,样品表现出较好的室温磁性,剩余磁化强度达到0.287 emu/g。通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱的分析发现,掺杂引起的结构变化,特别是Fe-O键长和键角的变化是磁性增强的主要原因。再次,制备了（Eu、Ba）共掺杂的BiFeO₃样品:Bi_0.90Eu_0.05Ba_0.05FeO₃,其磁性和铁电性与（Eu、Ca）共掺杂有着相似的结论。另外紫外-可见光吸收光谱的研究发现,掺杂使得样品的带隙显著变小。最后,我们综合比较相同掺杂量的三种碱土金属离子（Ca、Sr、Ba）分别与Eu离子共掺杂BiFeO₃的性能,其中Bi_0.90Eu_0.05Ba_0.05FeO₃在70 kOe外磁场下磁化强度为1.189 emu/g,为三者中最大的。而Bi_0.90Eu_0.05Ca_0.05FeO₃的剩余磁化强度却是三者中最大的,为0.205 emu/g,这是由于Eu和Ca共掺杂引起了较大的晶体结构变化,更加有效地抑制了螺旋磁结构。铁电性的研究发现,Bi_0.90Eu_0.05Sr_0.05FeO₃氧空位相对较少,因此铁电性是三者中最佳的。第二、采用溶胶凝胶法制备了稀土掺杂的BiFe_0.95Co_0.05O₃系列样品,并研究其结构和性能。首先,制备了Bi_1-xEr_xFe_0.95Co_0.05O₃（x=0,0.05,0.10,0.15）系列样品。XRD的结果显示当Er掺杂量达到15%时,样品由菱方相转变为正交相,这一结构相变使得磁性显著,在70 kOe外磁场下磁化强度达到1.963 emu/g。随着Er掺杂量的增加,样品的漏电流密度逐渐减小,不过,过量的Er掺杂引起的结构相变却使得铁电性能有所下降。其次,制备了Bi_0.95La_0.05Fe_0.95Co_0.05O₃和Bi_0.95Pr_0.05Fe_0.95Co_0.05O₃两个样品,研究同一掺杂浓度不同稀土离子掺杂对BiFe_0.95Co_0.05O₃性能的影响。相比于Pr掺杂,La掺杂更加能够有效地提高样品的铁磁性和铁电性。最后,制备了Eu单掺杂的和（La、Eu）共掺杂的BiFe_0.95Co_0.05O₃。掺杂后磁性都显著增强,（La、Eu）共掺杂的样品剩余磁化强度最大,为0.35 emu/g。通过分析Fe元素K边X射线吸收精细结构谱的数据发现,掺杂后Fe²⁺离子有所减少,Fe-O键相对变长,而（La、Eu）共掺杂导致Fe-O键的变化更为明显。因此,掺杂引起的磁性增强应该Fe-O键的改变有关,而与Fe²⁺的存在无关。第三、采用碳微球辅助的溶胶凝胶法制备了BiFeO₃、Bi_0.95Dy_0.05FeO₃和Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃纳米颗粒。XRD的结果显示（Dy、Cr）共掺杂引起结构由菱方相转变为四方相。形貌的分析发现,与传统溶胶凝胶法相比,碳微球辅助的方法可以有效地控制晶粒尺寸,形成相对均匀的纳米颗粒。Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃纳米颗粒表现出较强的室温磁性,剩余磁化强度达到0.557 emu/g,磁性增强的原因主要有三个方面:结构相变、尺寸效应以及Cr³⁺离子掺杂引入的Fe³⁺-O-Cr³⁺磁耦合。而且,Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃纳米颗粒的铁电性也有所增强,这主要是由于Dy离子掺杂可以有效地减小漏电流。第四、探索了固相反应法制备BiFeO₃以及掺杂BiFeO₃的烧结温度。然后用固相反应法制备了Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃、Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Mn_0.05O₃和Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Ni_0.05O₃块体陶瓷,并结合第一性原理计算研究Dy和3d过渡金属（Cr、Mn、Ni）共掺杂的对BiFeO₃结构以及性能的影响。XRD的分析发现,掺杂后虽然晶体结构有所变化,但是没有发生相变,依然都是R3c相,与理论计算的结果一致。磁滞回线的结果显示,Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Mn_0.05O₃磁性为三者中最弱的,而Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃、和Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Ni_0.05O₃则获得了显著增强的磁性。Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃剩余磁化强度为0.159 emu/g,矫顽力约为0.931 kOe,都是三者中最大的。而Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Ni_0.05O₃则表现出明显的接近饱和的趋势,在最大30 kOe的外场下,最大磁化强度为1.941 emu/g。结合第一性原理的计算,可以推断Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Cr_0.05O₃、和Bi_0.95Dy_0.05Fe_0.95Ni_0.05O₃磁性增强的原因,应该是来源于Cr离子（Ni离子）与Fe离子之间的局部的铁磁耦合。电滞回线的分析发现,Dy的掺杂可以有效地减小漏电流密度,从而增强铁电性。另外,结合XRD和SEM的结果,可以发现铁电性与样品的成相和陶瓷的致密度也存在有一定的关系。