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随着电子信息技术的飞速发展,电子器件越来越向着小型化和多功能化的方向发展。研究者试图从材料本身出发以适应科学技术的发展和满足市场的需要。具有优异的介电、介电可调特性、磁性能的材料在可调器件、电、磁元器件中具有广泛的应用市场和前景。本论文以M型钡铁氧体BaFe12019为研究对象,系统研究了其制备、结构与性能调控,并探索了其高介、极低调制电场下的高介电可调性及高饱和磁化强度的机理。具体研究内容及主要结论如下:(1)通过溶胶-凝胶法制备了锆掺杂钡铁氧体陶瓷BaFe12-xZrxO19(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)。Zr4+成功取代了 Fe3+形成了掺杂钡铁氧体陶瓷。在掺杂范围x≤0.1内,体系内产生Fe2+和氧空位;在掺杂范围x>0.1内,体系内消耗氧空位和Fe2+;Fe2+在临界Zr4+取代量x=0.1下达到极大值。Zr4+掺杂产生的Fe2+和Fe3+之间极有可能形成缺陷偶极子对。Fe2+的含量越多,缺陷偶极子的形成量越高。(2)基于缺陷偶极子和非均匀电导的叠加贡献,锆掺杂钡铁氧体陶瓷在数十兆赫兹范围内的介电常数达到30k左右,实现了在宽频范围内的巨介电响应。此外,基于缺陷偶极子的介电弛豫激活能低至0.245 eV,表明缺陷偶极子的极化状态在很低的能量驱动下就可被轻易改变。(3)锆掺杂体系的超低电场下的介电可调特性来源于电子跃迁型偶极子的响应,而并非电导或肖特基结电容对样品的介电可调性的影响。基于电子跃迁的缺陷偶极子的转向贡献、高浓度Fe2+的增强以及转向后偶极矩和极化率的降低贡献了超低电场驱动的介电可调特性。在超低电场20V/cm的作用下,介电调谐率达到了 60%以上。在25 V/cm的作用下,直流能量损耗功率低至4.3×10-2 J/Cm3·s,仅为典型的AB03体系能量损耗的1/50～1/1000。(4)对于所有锆掺杂或者未掺杂的钡铁氧体陶瓷来说,体系内本征的Fe2+产于自旋向下的4f2位以及非磁性Zr4+占据4f1位共同作用使得饱和磁化强度(Ms)提高了约17%。此外,非磁性Zr4+掺杂使得铁氧体的磁性软化,各向异性场和矫顽力减小。(5)制备了钛/铌掺杂的钡铁氧体陶瓷BaFe12-xTixO19(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)和BaFe12-xNbx019(x=0,0.1,0.2),发现 Ti4+/Nb5+取代了 Fe3+形成 了单相掺杂钡铁氧体陶瓷。Ti4+对Fe3+高取代量使得体系内产生Fe2+;Nb5+对Fe3+的低取代量使得体系内产生Fe2+,且Fe2+的含量在x=0.1时达到极大值。钛、铌掺杂体系同样表现出宽频巨介电响应。此外,在钛掺杂体系,在超低电场20V/cm的作用下,介电调谐率约为30%;在铌掺杂体系,在超低电场<40 V/cm的作用下,介电调谐率约为47%。此外,钛体系内4f2位Ti4+取代和Fe2+的产生的共同作用使得Ms提高了约33.3%,而铌体系内Nb5+自旋向下位取代使得Ms提高了 21.7%,非磁性钛或铌掺杂对钡铁氧体的磁性产生了软化作用。