压电陶瓷是一类具有广泛应用的功能材料,如传感器、驱动器、滤波器、换能器等,遍及日常生活、生产制造、传输通讯、航空航天等领域。但当今市场使用最多的是铅基压电材料,而铅对人类健康和环境都有非常恶劣的影响。随着人们对这一问题的极大重视,越来越多的学者致力于研究和发展高性能的无铅压电材料以替代传统的铅基陶瓷。钛酸铋钠(Bi_0.5Na_0.5TiO₃,简称BNT)陶瓷因其具备良好的铁电性、高的居里温度被誉为最有希望替代铅基陶瓷的材料体系之一。科研人员发现BNT基材料在准同型相界（MPB）表现出优异的性能。另一方面,随着多功能器件的发展和器件微型化的趋势,具备光-力-电性能相互转化的稀土掺杂压电能陶瓷被人们广泛关注。因此,本论文采用传统的固相反应法制备BNT基陶瓷,通过组元固溶、Er³⁺掺杂改性,研究其对BNT基陶瓷结构、性能的影响。主要内容如下:1.Ti⁴⁺非化学计量比对BNT-BaTiO₃固溶体((Bi_0.5Na_0.5)_0.93Ba_0.07Ti_1+xO₃)陶瓷结构和性能的影响,并分析其微观机制。实验结果表明:所有样品（x=-0.02-0.01）都表现出菱方和四方共存相,且随着Ti含量从缺量（x=-0.02）增加到富量（x=0.01）,四方相的质量百分比从76.76%先减小到49.36%,然后增加到67.13%。极化后,x=0样品的四方相从49.36%显著地增加到68.27%,预示着存在大量的四方纳米畴。相应地,x=0样品表现出好的抗疲劳特性和相对低的铁电-弛豫相变温度/去极化温度（⁹0 ^oC）。而Ti富量和较高Ti缺量样品虽然具有高的铁电-弛豫相变温度/去极化温度（¹60^oC）,但存在高的电导率（激活能¹eV）和明显的疲劳行为,这应该归咎于大量初始的Ti_Ti^（3+）′4+-(1^??缺陷所致。2.用B位复合钙钛矿A(Mg_1/3Nb_2/3)O₃（AMN,A=Ca、Sr、Ba）固溶BNT改性,研究三类复合钙钛矿CMN、SMN、BMN对BNT-xAMN固溶体陶瓷结构、性能的影响因素。研究表明:小离子半径的A位碱土金属离子组成的复合钙钛矿与BNT固溶,在掺杂量x大于0.06时,存在少量的第二相。随着AMN浓度的增加,其铁电-弛豫转变温度逐渐降低。BNT-x CMN、BNT-xSMN、BNT-xBMN陶瓷分别在x=0.022、0.04、0.044获得最优的压电性能,其压电常数d₃₃分别为86pC/N、92pC/N、122pC/N,主要源于不可逆的畴反转;而在x=0.04、0.08、0.052获得最大的电致应变,其归一化应变分别为244pm/V、288pm/V、493pm/V,主要源于可逆的弛豫-铁电相转变。特别地,相对于BNT-xCMN和BNT-xSMN体系,BNT-xBMN固溶体具有高的压电系数和大的电致应变,这归咎于Ba²⁺离子较大的极化率。3.Er³⁺掺杂SBT固溶体(Sr_0.7Bi_0.18Er_0.02TiO₃,记作SBET)对0.94BNT-0.06BaTiO₃（0.94BNT-0.06BT）改性。研究在确定Er³⁺掺杂量的条件下,SBET固溶体组分对（0.94-x）BNT-0.06BT-xSBET铁电、压电及发光性能的影响。实验结果表明:弛豫体SBET可与0.94BNT-0.06BT固溶形成单一钙钛矿结构,并随着SBET组分的增加,其铁电-弛豫相转变温度从96^oC降低到室温以下。BNT-BT-xSBET固溶体在x=0.04时处获得最优的压电性能,其d₃₃约为175 pC/N,而在x=0.055处获得最大应变0.33%和归一化应变550 pm/V。BNT-BT-0.055SBET陶瓷的上转换发绿光（⁵31nm和⁵52nm）和红光（⁶63nm）,其发光的机理是双光子过程,并且绿光发射在522K时有最大的光学温度敏感系数0.0055。这表明,该组分非常有希望应用在致动器和温度传感设备中。