铌酸钠(NaNbO₃)钙钛矿氧化物是一类经典的无铅反铁电体,通过精准调控其晶体结构有望改善其压电、铁电性能。传统的电介质陶瓷改性策略侧重于寻找准同型相界并构建相应的组分固溶体。本文从增强钙钛矿中Nb O₆八面体的非心晶格畸变的思路出发,尝试将具有二级姜-泰勒活性的Ti⁴⁺、V⁵⁺离子部分替代B位的Nb⁵⁺离子,强化B位的协同晶格畸变,增强体系的本征极化强度,进而改善材料的压电、铁电性能。本论文通过固相法合成了一系列Ti⁴⁺、V⁵⁺离子掺杂的Na Nb_1-xM_xO_3-δ(0≤x≤0.2,M=Ti,V)钙钛矿氧化物。X射线粉末衍射和拉曼光谱表征共同证实了样品从未掺杂的正交Pbma(No.57)结构相转变为掺杂后的正交P2₁ma(No.26)结构相。根据X射线衍射全谱拟合及Rietveld结构精修的分析结果可知,Nb-O4键长和Nb-O2/O4-Nb键角对Ti或V的掺杂更为敏感,这是导致B位Nb O₆八面体网络发生协同姜-泰勒畸变的主要晶体学原因。X射线光电子能谱表征进一步发现了样品在掺杂后,其Nb-O化学键的共价性增强。紫外-可见漫反射光谱及反射电子能量损失谱表征共同明确了掺杂后样品带隙减小,且其能带结构变化是通过降低Nb-4d和O-2p杂化的导带边位置实现的。综合以上实验结论,Ti⁴⁺或V⁵⁺离子掺杂增强了Ti/V-3d态与O-2p和Nb-4d态的共价轨道杂化,促进了各价层轨道间的电荷转移,最终导致化合物能带结构和晶体结构的改变。进一步地,对目标化合物陶瓷样品的介电、铁电和压电性质测试表明,Ti⁴⁺、V⁵⁺离子掺杂可有效提高材料的介电常数、铁电极化强度和d₃₃压电系数,并据此确定了两体系的最佳掺杂浓度(Ti⁴⁺:5 at%,V⁵⁺:15 at%)。分析数据认为样品电极化性质的增强主要归因于Ti⁴⁺或V⁵⁺离子掺杂诱导B位Nb O₆八面体发生协同的二级姜-泰勒畸变,从而增大了化合物的本征极化强度。更高的掺杂浓度不能进一步改善材料的电极化性能,异价电荷取代造成的氧离子空位、组分及电荷涨落在晶界附近的集中分布是降低材料的电极化性能的可能原因。综上所述,本论文通过向NaNbO₃钙钛矿氧化物的B位精准引入二级姜-泰勒活性的Ti⁴⁺或V⁵⁺离子,实现了可控的B位协同晶格畸变,显著改善了NaNbO₃陶瓷的电极化性能。