对于压电材料而言居里温度(TC)指的是其铁电相转变为顺电相的温度。一般认为其TC越高,其使用或者工作温度越高。而高温压电材料需要TC较高,一般来说为了使其能够在高温下正常使用、工作,通常最多在其TC的一半温度应用。有文献定义高温压电材料TC>400℃,甚至被用于核能产业和航空航天飞行器的压电传感器更需要其居里温度TC超过500℃。另外,压电陶瓷易于合成、成本低和性能优异,占领着压电材料市场的主要份额。目前常见的高温压电陶瓷主要有钙钛矿结构体系的钛酸铅PbTiO₃基、铌酸钾钠(K,Na)NbO₃基、铝酸鉍BiAlO₃基和铁酸铋BiFeO₃基,以及铋层状、钨青铜结构体系等。其中BiFeO₃在室温下属于三方相,表现出较大的铁电极化强度(~90-100μC/cm2),而且其TC较高(~823℃),在高温压电领域有很大的应用潜力,因而备受关注。然而尽管人们通过化学掺杂、淬火等各种方法已使得BiFeO₃基陶瓷的压电性能得到了较大的提升,然而其压电常数与居里温度之间的矛盾,以及高温电导率及损耗较大等问题,仍然是目前困扰该体系作为高温压电材料走向实际应用的最大难题。本论文选取具有三方结构的BiFeO₃为研究对象,通过将之与其它具有四方结构的钙钛矿结构铁电材料固溶,包括(1-x)BiFeO₃-xBa1-ySryTiO₃、(1-x)BiFeO₃-xBa0.5Sr0.5MnO₃和(1-y)BiFe1-xCxO₃-yBaTi1-xMnxO₃等,构建准同型相界 MPB(morphotropic phase boundary);通过对这些高温压电陶瓷材料的晶体结构、介电、电阻、铁电以及压电性能等结构与物性的系统研究,深入讨论分析了 BiFeO₃体系的高压电活性与高居里温度共存的可能性及其相应的微观机理。此外,我们还对该体系的高温电导及其机理进行了探讨,主要研究结果如下:(1)通过采用传统固相反应法制备了一系列(1-x)BiFeO₃-xBa1-ySryTiO₃(BFO-BST)陶瓷样品。通过调节x和y获得了一系列准同型相界样品,并且对这些准同型相界样品的结构、铁电、介电、电阻、压电等结构与物性进行了详细的对比研究。所有准同型相界组分的样品均具有增强的压电效应和较高的铁电居里温度TC,而且随着Sr含量y的增加,其d33,TC和极化强度均减小,而样品中三方相和四方相的晶格畸变在总体上则分别增加和减少。研究结果表明,对于BFO-BTO体系的准同型相界MPB附近的组分中,较大的四方晶格畸变和较小的三方晶格畸变对样品的压电性能起着重要作用。这些结果为设计高性能压电陶瓷提供了一种可能的新策略。(2)通过采用溶胶凝胶法制备了(1-x)BiFeO₃-xBa0.5Sr0.5MnO₃(BFO-BSMO)(0≤x≤1)陶瓷,并研究了引入BSMO对BFO其陶瓷结构、铁电、磁性、介电、电阻、压电等结构与物性的影响,并在MPB处研究其压电等电学性能,制备出压电性提升和高TC的BFO基无铅压电陶瓷。室温X射线衍射(XRD)及拉曼实验结果表明,0≤x≤0.1的样品在室温下为三方相(空间群为R3c),x=0.16的样品则为三方相与立方相共存,0.163-yBaTi1-xMnxO₃(BFC-BTM)(0≤x≤0.04,0.2≤y≤0.27)陶瓷,系统研究了 Cr-Mn 共掺 BFC-BTM(0≤x≤0.04,0.2≤y≤0.27)固溶体的结构、介电、铁电、电阻和压电性能,并且对其TC提升的可能的原因进行了分析与讨论。随着掺杂的Cr/Mn含量x增加,y=0.2-0.27系列样品出现了三方相到四方相的结构相变,且其中准同型相界组分约为x=0.01-0.02。Cr-Mn共掺的样品同时表现出较高的Td、TC(~580-645℃)以及相对较大的d33(~96-135 pC/N)。特别是组分为y=0.24,x=0.02的样品同时表现出较高的退极化温度Td~551℃和较大的压电常数d33~116 pC/N,性能优于之前报道的大多数BFO基高温压电陶瓷。此外,相比于母体BFO,Cr-Mn掺杂的样品绝缘性能提升,其中y0.24x0.01和y0.24x0.02样品,分别在大约315和270℃以下电阻率ρ高于1 MΩ·cm。我们的实验结果表明,构建MPB的同时考虑晶格畸变的作用可能是在BFO压电陶瓷体系中实现优异压电性和高TC的有效途径。