本文采用高温固溶法和甘氨酸燃烧合成法制备了Yb₂O₃、Sc₂O₃（Dy₂O₃）、Al₂O₃和CaO复合掺杂YSZ固体电解质材料，对其电性能、烧结性、弯曲强度和微结构等进行了实验分析，并采用密度泛函理论（DFT）方法对多元素复合掺杂ZrO₂改性机理进行了研究。此外，采用分子动力学（MD）方法模拟了AFM Ni针尖与Au基体的相互作用过程。在ZrO₂中添加适量由Y2O3、Yb₂O₃、Sc₂O₃（Dy₂O₃）组成的复合掺杂剂，可以保持ZrO₂高温立方萤石结构、增大晶格常数及氧空位迁移通道半径（R）、改善材料晶界性质、有效提高试样电导率、延缓材料老化速度。添加复合掺杂剂在8⁸.6mol%时，试样电导率得到显著提高（1000℃时达0.19S/cm），且试样在1000℃下连续工作900h，仍具有较高电导率（约0.15S/cm）。继续添加少量Al₂O₃对材料电性能影响较小，添加少量CaO使电导率大幅下降（⁵0%）。DFT计算表明，Y、Yb和Sc在ZrO₂中取代Zr后，阴离子与阳离子间键长产生不均等的变化，使ZrO₂立方结构得以稳定，同时引起ZrO₂晶格畸变、离子电荷发生重新分布，有效调制了电子能带结构中电子轨道的分布和价带与导带的位置，减小了能隙宽度，使材料的导电性提高。差分电荷密度的计算结果表明，多元素掺杂情况下原子间成键差异较大，掺杂阳离子周围产生了电子在局域稀少的电子分布状态。AFM Ni针尖与Au基体相互作用过程的MD模拟表明，Ni针尖与A u（001）表面接近至0.23nm时，受范德瓦尔斯引力的作用，Ni针尖与Au基底发生跳接，体系势能显著降低。Ni针尖继续进针，针尖原子与Au（001）表层原子相互作用，产生纳米压痕，部分Au原子粘着在Ni针尖周围，Au基体表层原子发生位移、原子层错和原子面滑移等现象，体系势能有所升高。随后刚性悬臂被提起，Ni针尖连续向上运动，在Ni针尖与Au基体之间发生部分原子交换的同时，形成了以Au为主体的“细颈”，“细颈”逐渐增长直至断裂，这与金属具有的良好延展性相一致。