电活性材料在力、电、光、热场等的激励下会产生载流子输运现象,呈现出复杂的多场耦合效应,从而在日常生活中具有广泛的应用前景。与此同时,电活性材料的宏观物理性能与其本征的多场耦合效应之间存在密切关系。因此,对其多场耦合效应的表征和分析具有重要的研究意义。扫描探针显微方法(SPM)自问世以来已逐步成为研究材料局域多场耦合效应的重要探测及调控手段,被形象地比作纳米工作者的“眼”和“手”,能够实现电活性材料多场效应的微观机理分析,为其宏观性能的提升提供重要指导。虽然原子力显微方法(AFM)在局域多场耦合响应的探测和调控方面具有广泛的应用,但分析电活性材料的本征力电耦合响应和离子动力学机制还存在一定的困难。主要包括:(1)当样品与被施加了交流电压的导电探针机械接触时,有多种力电耦合信号会造成材料的应变,从而难以区分力电耦合响应的来源;(2)样品结构容易对力电耦合信号造成干扰,从而难以得到本征力电耦合响应;(3)原子力显微方法主要应用于单离子体系,对双离子体系离子动力学过程的分析还存在困难。基于此,论文主要以钙钛矿太阳能电池、锂离子固态电解质等典型的电活性材料为例,发展基于AFM技术的新方法,研究材料的复杂多场耦合效应。论文的主要内容和结果如下:(1)发展倍频激励方法以区分力电耦合信号来源。基于电致伸缩效应,发现当样品存在较大的自发极化时,力电耦合响应表现为与所施加电场呈明显一次线性关系。当样品存在较大的诱导极化时,力电耦合响应表现为与所施加电场呈明显二次非线性关系。结果表明,可以通过对比一倍频与二倍频力电耦合响应大小来区分力电耦合响应来源。结合翻转实验和扫描热离子显微技术,进一步验证一倍频与二倍频力电耦合响应的本征微观机制。(2)发展高通量时序激励方法以得到LATP晶粒和晶界本征力电耦合响应。高通量时序激励方法由于其高效的工作原理,能在不追踪共振频率的情况下得到样品本征力电耦合响应,排除样品形貌结构的干扰。高通量时序激励方法将LATP晶粒和晶界局域力电耦合响应与其宏观离子电导率进行直接关联,并在微纳米尺度下证明晶界离子电导率对整体离子电导率的重要性。(3)提出新的双离子体系动力学分析方法并为分析复杂多离子体系的动力学过程奠定基础。采用浮法玻璃这一典型的双离子体系作为研究对象,并根据其离子输运特性,提出双离子体系动力学机制。结合倍频激励方法和离子弛豫曲线,探究双离子体系力电耦合响应的主导机制以及其离子动力学过程。最后,通过变温离子弛豫曲线,解析双离子体系输运的微观动力学机制,并得到局域离子扩散系数和活化能,为分析复杂离子体系的动力学过程奠定方法。(4)通过上述发展的新方法,研究钙钛矿太阳能电池的本征多场耦合效应以及离子动力学过程,从而分析其微观工作机制。采用光电转换效率超20%的三元混合阳离子钙钛矿太阳能电池作为研究对象,分析其局域光电耦合响应并提出界面离子缺陷可能对其光伏性能产生影响。结合倍频激励和高通量时序激励方法,分析钙钛矿太阳能电池的力-电-光耦合效应之间的关联,提出界面缺陷影响光电流的微观工作机制。进一步,采用双离子动力学分析方法,分析钙钛矿太阳能电池的离子动力学过程。最后,通过高温调控钙钛矿太阳能电池的离子输运,分析其光伏性能的衰减路径,从而为钙钛矿太阳能电池的制备提供指导。