弛豫铁电材料由于其优异的介电和压电性能已经在传感器、驱动器和换能器上得到广泛的应用。近年来,随着汽车、石油探测、深海通讯和航空航天等领域的快速发展,对压电器件的工作环境提出了更加苛刻的要求,因此催生了高稳定性压电材料的需求。然而,科研工作者在追求高性能压电材料的同时,也在不经意间降低了材料的居里温度/退极化温度,低的居里温度限制了较窄的应用温度领域。压电性能和居里温度之间的制约关系也是制约压电领域发展的一个瓶颈问题,基于此,本论文选择具有高居里温度的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb Zr O3-Pb Ti O3（PMN-PZ-PT）弛豫铁电体为研究基体,通过A位镧系离子掺杂的方式增强局域异质结构,协同准同型相界（MPB）的贡献,获得具有高压电响应和高温度稳定性的陶瓷材料。本文的主要研究内容如下:（1）采用传统的固相反应法,以0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷为基体,采用三种不同半径的镧系离子（Nd,Sm,Gd）进行掺杂改性,系统研究了镧系离子（Nd,Sm,Gd）掺杂对0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷的晶体结构、介电和压电性能的影响。结果表明,2.5%Nd掺杂0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷在MPB组分x=0.36附近获得最佳压电性能,压电系数d33=820 p C/N,平面机电耦合系数kp=0.71,厚度机电耦合系数kt=0.54和纵向机电耦合系数k33=0.81。2.5%Sm掺杂0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷在MPB组分x=0.352附近获得最佳压电性能,d33=910 p C/N,kp=0.70,kt=0.57和k33=0.81。而2.5%Gd掺杂0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷在MPB组分x=0.35附近获得最佳压电性能,d33=620 p C/N,kp=0.67,kt=0.52和k33=0.77。通过对比不同镧系离子掺杂的晶体结构和电学性能,发现随着镧系（Nd,Sm,Gd）离子半径的降低,MPB组分逐渐往低PT含量偏移,并且在MPB组分附近的压电性能有增强的趋势。但是半径较小的Gd离子存在进入B位的可能性,导致焦绿石相的产生,恶化材料的压电性能。因此,最高压电性能在2.5%Sm掺杂0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷中获得,压电系数d33=910 p C/N,并具有较高的居里温度TC=184°C。通过低温介电分析表明Sm离子掺杂有利于增强0.4PMN-（0.6-x）PZ-x PT陶瓷的局域异质结构,在界面能的竞争下获得更平的自由能曲率,对介电和压电性能的提高起到了重要的贡献。（2）以0.15PMN-（0.85-x）PZ-x PT陶瓷为基体,采用不同含量的Sm离子进行掺杂改性研究,并通过组分调节获得最佳的MPB组分。在Sm掺杂量分别为0%、1%和1.5%时,0.15PMN-（0.85-x）PZ-x PT陶瓷的压电性能d33峰值分别为405、720和610 p C/N,对应的MPB组分分别为x=0.44、0.42和0.42。通过对比不同含量Sm离子掺杂对0.15PMN-（0.85-x）PZ-x PT陶瓷晶体结构和电学性能的影响,表明随着Sm掺杂量的增加,MPB组分逐渐往低PT含量方向移动。通过低温介电和Rayleigh分析表明,1%Sm掺杂0.15PMN-（0.85-x）PZ-x PT陶瓷的高压电响应来源于增强的局域异质结构和MPB组分的协同作用。值得注意的是,1%Sm掺杂0.15PMN-0.43PZ-0.42PT陶瓷获得最高压电系数d33=720 p C/N的同时也具有高的居里温度TC=293°C,其综合性能明显优于商用PZT压电陶瓷。此外,1%Sm掺杂0.15PMN-0.43PZ-0.42PT陶瓷在250°C的环境中热处理24 h后依然保持高的压电系数d33=650 p C/N,更加表明了其具有高压电性能的同时也具有高的退极化温度,是应用于高温压电领域的理想材料。（3）基于压电驱动器对高性能和高稳定性的需求,本论文选择了1%Sm掺杂0.15PMN-0.42PZ-0.43PT陶瓷为研究对象,对其场致应变、温度稳定性、疲劳特性和机械性能进行研究。研究结果表明,1%Sm掺杂0.15PMN-0.42PZ-0.43PT陶瓷不仅具有高的压电应变系数d*33=870 pm/V,而且其压电应变系数在20-280°C范围内的温度变化率仅为7%。通过低温介电和Rayleigh分析表明其高的压电性能来源于异价Sm离子掺杂产生的局域异质结构;通过原位XRD和原位TEM发现其高的温度稳定性来源于稳定的晶体结构和铁电畴结构。此外,1%Sm掺杂0.15PMN-0.42PZ-0.43PT陶瓷在200°C环境中经过10~6次循环后只有6%的衰减,表明其在高温环境中具有非常稳定的可靠性,是宽温高性能压电驱动器应用的理想材料。根据其在压电驱动器领域的应用前景,本论文探讨了机械预应力对压电应变性能的影响,并对驱动电场和机械力耦合作用下的机电性能进行测试分析。结果表明,在单轴预应力为25 MPa时,压电应变系数d*33达到最高值为930 pm/V;在驱动电场为7.5 k V/cm时,获得最高大信号压电应力系数e*33=30 N/Vm;在驱动电场为15 k V/cm时,获得最高机械应力σB=37.2 MPa和最优机械功Wmax=6.4 k J/m~3。本论文基于对铅基弛豫铁电陶瓷的研究,结果表明镧系离子掺杂可以实现对PMN-PZ-PT陶瓷压电性能的优化,分别获得了d33=910 p C/N,TC=184°C和d33=720 p C/N,TC=293°C的优异性能,突破了已有的压电性能和居里温度之间的制约关系,这是本论文的研究重点之一。针对镧系离子掺杂铅基压电陶瓷的压电性能进行研究,本论文通过对晶体结构和电学性能的系统分析,解释了压电性能的提高主要归结于镧系离子掺杂引起的局域异质结构,为下一步压电材料的组分设计提供了实验和理论指导,这是本论文的研究重点之二。基于材料设计与器件应用相结合的理论,本论文选取了性能优异的压电应变材料并对其在压电驱动器应用的相关性能进行研究,实现了压电驱动器高机电性能和高温度稳定性的结合,在材料组分设计上为压电驱动器指明了方向,这是本文的研究重点之三。