铋层状化合物是一类通常具有较高居里温度的铁电体材料,在集成铁电技术中占有重要地位。本论文首先系统地考察了镧系元素置换铋元素对铋层状化合物的结构及铁电、介电性能的影响,随后讨论了层状结构稳定性与A位平均离子半径的关系,最后对Ba基铋层状化合物的弥散相进行了讨论与分析。 在对La³⁺置换的Bi₄Ti₃O₁₂的研究中,X射线衍射及拉曼光谱的分析都表明,随La³⁺置换量的增加,室温下Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂的晶体结构由正交向四方转变。相应地,介电性能和P-E关系显示,Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂的铁电性也随La³⁺含量的增加而逐渐减弱并最后消失。x=1.2时,Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂具有驰豫铁电体的特征,而在x>1.2时Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂室温下成为顺电体。在1MHz的测试频率下,x>1.2时可以获得介电常数高于125,介电损耗为10^-4数量级的介电陶瓷。作者认为,La³⁺置换Bi³⁺对铁电软模所受的长程库仑力基本没有影响,而利于稳定顺电相结构的短程斥力则得到强化,这是铁电性减弱的主要原因。 类似的规律同样出现在La³⁺置换的SrBi₄Ti₄O₁₅中。SrBi_4-xLa_xTi₄O₁₅在0≤x≤1.2的范围内形成固溶体,x>1.2时有（La,Bi）_2/3TiO₃第二相的析出。SrBi_4-xLa_xTi₄O₁₅的居里温度随La³⁺含量的增加而降低。x≥0.8时铁电相变变得弥散,且弥散程度随x的增加而增强,陶瓷的介电性能表现出驰豫铁电体的特征。对x=1.0时SrBi_4-xLa_xTi₄O₁₅的结构分析表明,钙钛矿层中靠近铋氧层的氧八面体与内侧的氧八面体在绕晶体学轴倾斜以及钛离子偏离平衡位置的位移上都表现出明显的不同。此外,Bi³⁺、La³⁺和Sr²⁺三种离子在钙钛矿层A位和铋氧层阳离子位置上呈现无序分布状态,这被认为是相变变得弥散的原因。 为了进一步理清铋层状化合物中对铁电性有影响的因素之间的关系,半径较小的Nd³⁺被用来取代CaBi₄Ti₄O₁₅中的Bi³⁺。随Nd³⁺置换量的增加,CaBi_4-xNd_xTi₄O₁₅的晶体结构正交性减弱,居里温度降低,同时介电常数峰被压低。由此可以推断,Bi³⁺的存在是CaBi₄Ti₄O₁₅及与之类似的化合物具有强的铁电性的一个至关重要的因素,而这主要与Bi³⁺外层电子配置中具有6S²孤对电子有关。氧八面体A位空隙与填入该处离子之间的尺寸失配对铁电性的贡献是次要的,但失配的程度也可以对铁电性的强弱产生影响。 尝试了M₂Bi₄Ti₅O（18）（n=5）和M₃Bi₄Ti₆O₂₁（n=6）（M=Ba,Sr和Ca）这几种n>4