随着科学技术的突飞猛进,对电子器件的多功能化、微型化以及低能耗的需求日益增强,探索新型多功能材料是未来科技发展的必由之路。同时具有铁磁性和铁电性以及它们之间可以相互耦合的多铁性材料在自旋电子器件、新型信息存储器件和新型磁-电传感器件等领域表现出巨大的应用前景,受到了人们的广泛关注。此外,磁电耦合的物理机制涉及到自旋、电荷、轨道和晶格等凝聚态物理多个范畴,多铁性材料也成为了国际上新的前沿研究领域之一。当前,在探索新型单相多铁材料进程中,铁电性和磁性之间的互斥性是集两者于一体的困难所在。已证实可有效解决上述问题的方法就是选择铁电材料作为母体材料,向其掺入磁性离子或者插入磁性层,从而达到铁电性和磁性共存的目的。本论文在层状钙钛矿氧化物A_nB_nO_3n+2体系中,选择了稀土钛氧化物R₂Ti₂O₇作为铁电母体材料,向其内部插入两层RFeO₃磁性层,利用浮区熔融技术,成功生长了六层钙钛矿氧化物R₆Ti₄Fe₂O₂0晶体,首次报道了该体系的多铁性,并系统研究了该体系的晶体结构、磁性、介电性、铁电性和光催化性,为A_nB_nO_3n+2体系中多功能材料的发展提供了研究基础。论文正文分为五个章节,每一章的概要如下:第一章综述了单相多铁材料在层状钙钛矿氧化物中的研究进展。首先总体介绍了多铁性材料的研究背景,并介绍了单相多铁材料中的两种不同种类;然后简要介绍了铋层状钙钛矿结构多铁材料Bi_m+1Ti₃Fem_-3O_3m+3以及改性研究;最后重点介绍了层状钙钛矿氧化物A_nB_nO_3n+2体系的相关研究,为后续章节的研究了提供了背景知识。第二章成功生长了六层钙钛矿氧化物La₆Ti₄Fe₂O₂0晶体,并首次报道了其多铁性,为单相多铁性材料在A_nB_nO_3n+2体系的探索开辟了方向。由于磁性Fe³⁺离子优先占据在钙钛矿层的中间两层格位,材料的自旋玻璃态行为是由两种磁相互作用的共存和竞争造成的,一个来源于中间层Fe³⁺离子之间的反铁磁相互作用,另一个来源于边界层Ti⁴⁺离子富集区中的氧空穴诱导出的铁磁相互作用。介电损耗峰的频率依赖是由热激活的弛豫过程造成的,并强调氧空位对材料的磁性和电学性质有着非常重要的影响。第三章通过在烧绿石结构Sm₂Ti₂O₇中插入两层SmFeO₃磁性层,我们利用浮区熔融技术成功生长出了层状钙钛矿化合物Sm₆Ti₄Fe₂O₂0晶体。借助于球差矫正扫描透射显微镜以及电子能量损失谱,观察到Sm₆Ti₄Fe₂O₂0样品的层状钙钛矿结构。在原子尺度上确定了 B位Ti/Fe离子的部分有序分布,Fe³⁺主要集中在平板层的中间层,证实了文献中报道的关于磁性离子在层状钙钛矿化合物中的择优分布的实验和计算结果。由于Ti/Fe离子的部分有序分布以及磁性Sm³⁺离子和Fe³⁺离子之间的相互作用,Sm₆Ti₄Fe₂O₂0表现出复杂的自旋玻璃行为。磁性和电学测量表明Sm₆Ti₄Fe₂O₂0室温下具有铁电性和弱铁磁性。第四章将双层NdFeO₃磁性层掺入到母体材料Nd2Ti207中,我们成功生长了六层钙钛矿氧化物Nd₆Ti₄Fe₂O₂0,通过HRTEM和SEM观察到了材料的层状钙钛矿结构。Nd₆Ti₄Fe₂O₂0的自旋玻璃行为是由B位Ti/Fe部分有序分布以及包括Nd³⁺和Fe³⁺在内的磁性离子之间的相互作用有关,在低温下,磁行为强烈地受到了 Nd³⁺离子的集体效应的影响,室温下的铁磁性和铁电性已被相应的磁性和微观电学测量证实。紫外可见漫反射吸收谱表明了 Nd₆Ti₄Fe₂O₂0是直接带隙的可见光催化剂,带隙为2.2eV。在可见光照射下,降解RhB溶液的光催化实验中,由于生长的的晶体材料晶粒太大,较小的比表面积造成了 Nd₆Ti₄Fe₂O₂0较低的光催化效率。第五章对全文内容进行了总结以及研究展望。