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铋系层状钙钛矿铁电材料因其在非挥发随机存储设备方面的潜在应用而受到了广泛关注。在这些铁电材料当中，钛酸铋(Bi4Ti3O12，BTO)因具有较大的自发极化(Ps=40～50μC/cm2)而被认为是目前极具有开发前景的候选材料之一。其缺点是抗疲劳性能较差。有人提出用半径较小的镧系离子替代钙钛矿层中的铋离子，可以稳定晶格中的氧离子而增强材料的抗疲劳性能，同时还可以增加晶格的扭曲变形而提高材料的铁电性。最近，关于这种替代对材料铁电、介电以及电机械性能影响的报道非常之多。大多数铁电材料同时也具有许多良好的光学性能。因此，研究钛酸铋及其相关材料的光学性能也是非常有意义的。本文正是基于此目的，采用金属有机溶液沉积法在石英衬底上制备了Nd掺杂的钛酸铋薄膜(Bi4-xNdxTi3O12，BNTx)，对其结构和光学性能进行了大量研究。同时用共沉淀法制备了Nd掺杂的钛酸铋(Bi3.25Nd0.75Ti3O12，BNT0.75)陶瓷材料，研究了其结构、相变以及电学性能；采用传统的固相反应法制备了钛酸铋和铁酸铋固熔体(xBiFeO3-(1-x)Bi4Ti3O12，BF-BT)，对其结构、相稳定性和电学性能也进行了一些初步研究。具体工作如下：
1.采用化学溶液沉积法在石英衬底上制备了Bi4-xNdxTi3O12薄膜。经700℃退火处理后，薄膜结晶成为层状钙钛矿结构，其表面致密均匀，粒度大约为80～100nm。Raman光谱研究表明，当Nd含量x＜1时，钕离子主要取代钙钛矿层中A位铋离子。当钕含量x≥1时，Nd取代A位铋离子的同时，开始进入Bi2O2层而取代其中的Bi离子。随Nd含量的增加，BNTx薄膜的光学吸收边蓝移，带隙加宽。它们的折射率色散关系满足单电子振子模型的Sellmeier色散关系，其中BNT085薄膜的折射率最大。对经透射谱计算的薄膜厚度和折射率，采用棱镜耦合仪测量和波导理论数学模拟计算进行了验证。Top-hat单光束Z扫描测量得出BNT0.25薄膜具有正的、大的非线性光学效应，其非线性折射系数γ，非线性吸收系数β和非线性折射率n2分别为9.42×10-14m2/W，5.24×10-7m/W和4.52×10-7esu。并且随Nd含量增加，材料的非线性折射效应呈下降趋势，Bi2Nd2Ti3O12薄膜材料的非线性折射系数γ，非线性吸收系数β和非线性折射率n2分别是7×10-14m2/W，3.1×10-7m/W和3.58×10-7esu，这一结果证实了我们上述结论。
2.采用共沉淀及高温烧结制备了BNT075陶瓷。经750℃以上烧结后，陶瓷材料形成了完整的层状钙钛矿结构。随烧结温度的增加，陶瓷的c轴取向度增加而a轴取向度减小。在120～220K温度范围内，BNT0.75陶瓷存在一个正交到单斜的低温精细结构相变。420℃附近发生了正交铁电相到赝四方顺电相的结构转变。其居里点相对于纯BTO材料有所下降，这是因为掺杂而引起的。在137.5kV/cm反转电场下，BNT075陶瓷的剩余极化和矫顽场分别为10.5μC/cm2和52.8kV/cm，其疲劳性很好。
3.采用传统固相反应制备了xBiFeO3-(1-x)Bi4Ti3O12固熔体材料。当x≤0.3时，BF-BT固熔体形成类似于BTO的层状钙钛矿结构。当x=0.5时形成了结构类似于SrBi4Ti4O15的共生BF-BT化合物陶瓷。0.1BF-0.9BT陶瓷在530℃附近发生正交-赝四方的铁电-顺电相转变。0.5BF-0.5BT陶瓷的2Pr和2Ec分别为5.5μC/cm2和58.2kV/cm，其余BF-BT陶瓷的电学性能都不是很好。