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单相多铁材料可能实现铁电性和磁性的相互调控,是一种新型功能材料,它在信息的高密度多态存储以及自旋电子学等领域具有广阔的应用前景。目前单相磁电材料的研究还处于起步阶段,面临不少困难。首先,就是铁电性和铁磁性不容易存在于同一种物质中。其次,铁电有序和磁有序对于对称性的要求互相排斥,很难实现二者的相互调控。随着科技的技术进步,对器件小型化的要求越来越高,这就需要发展同时具有两种或两种以上功能的新材料。因此发掘新的磁电多铁材料是多铁性研究的一个重要方面。典型的铋层状材料如B4Ti3O12(BIT),其存在着剩余极化小、压电活性低等不足,尚不能取代目前工业上广泛使用的PZT来满足工业化生产高密度存储器和压电传感器的需要。为了改善铋系层状材料的性能,制备出室温以上的多铁材料,人们通过多种方法来改善它的性能。本论文主要研究了样品掺杂后的性能,可以分为下面几个部分：(1)用传统固相烧结法制备了Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15(BEFCT-x:x=0,0.35,0.55,0.85)陶瓷样品,对比研究了它们的结构和电磁性能。X射线衍射分析表明：掺杂未导致明显杂相,材料的剩余极化(2Pr)随掺杂量的增加呈先增加后减小的变化趋势,在Eu掺杂量为0.55时,材料的2Pr达到最大值,为11.2μC/cm2,升幅达143%,可以从Eu掺杂导致氧空位的抑制和铋氧层的破坏所形成的竞争机制来解释。随Eu含量的增加,材料的剩余磁化单调上升,最大达到0.28emu/g,比未掺杂时增加了2个数量级,从晶格失配、耦合增强以及共生结构等方面的综合效果解释了这一现象。材料的介电温度谱显示,Eu掺杂未明显损害材料的热稳定性,Eu掺杂所导致的介电损耗行为可能与氧空位或其他点缺陷有关联。(2)分别用Nd、Dy对Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15陶瓷进行A位掺杂。用Nd、Dy离子取代BFCT样品A位的Bi离子制备出Bi5-xNdxFe0.5Co0.5Ti3O15(BNFCT-x,x=0.2-0.8)、 Bi5-xDyxFe0.5Co0.5Ti3O15(BDFCT-x, x=0.2-0.8)陶瓷样品。XRD、SEM证明样品均已成四层铋系钙钛矿相。Nd、Dy掺杂后样品的剩余磁化强度(2Mr)都随着掺杂量的增加而增大。当x=0.8时,BNFCT样品的磁化强度达到最大值,为0.58emu/g, BDFCT样品的磁化强度的最大值为0.53emu/g,二者很相近,都比未掺杂的大两个数量级。样品铁磁性的增强可能来源Fe-O-Co耦合和晶格结构畸变。Nd掺杂后剩余极化强度(2Pr)随着掺杂量的增加而增大,当x=0.8时,2Pr=17.45μC/cm2; Dy掺杂后样品的剩余极化强度(2Pr)都比未掺杂时得到的值大,但是随着掺杂含量的不断上升,剩余极化值却逐步减小,在x=0.2时,其铁电性能改善最为明显,2Pr=19.28μC/cm2。这一趋势是掺杂导致的晶格畸变、电荷补偿等共同作用的。(3)用传统的固相烧结法制备了SrBi3Fe1-xCoxNb2O12(SBNFC-x,x=0～0.2)陶瓷样品。XRD、SEM证明样品均已成三层铋系钙钛矿相。Co掺杂后样品的剩余极化强度(2n)先是随着掺杂量的增加而增大,当掺杂量进一步增大时,又出现了减小的现象。在未掺杂Co时,SBNFC-x(x=0)的剩余极化值2Pr为4.54μC/cm2。当x=0.15时,剩余极化达到最大值,2Pr=15.3μC/cm2；但是随着Co含量的进一步上升,剩余极化值略有下降或基本保持不变,当x=0.2时,样品的2Pr=13.14μC/cm2。Co掺杂后可以明显改善样品的铁电性能,但是过量的Co掺杂不仅不会提升铁电性,反而会恶化铁电性能。未掺杂Co时,样品的磁滞回线几乎为顺磁,掺杂后样品的剩余磁化强度(2Mr)随着掺杂量的增加而逐步增大,当x=0.2时达到最大值,2Mr=0.49emu/g。综合来看,当x=0.15时,样品的铁电性能和磁性能最佳,2Pr=15.3μC/cm2,2Mr=0.33emu/g。可见,Co的掺杂明显改善了样品的性能。