弛豫铁电体铌镁酸铅-钛酸铅((1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃,PMN-xPT)具有超高的压电性能,已成功应用于医学超声成像、超声电机、微电子机械系统(MEMS)等领域。研究发现通过交流极化或稀土元素掺杂可以制备出透明PMN-xPT铁电单晶/陶瓷,实现声-光-电的多功能耦合,有望应用于医学光声成像、电光信息调制、透明压电传感/致动等领域。但是铁电陶瓷中的畴壁、晶界和气孔对光的散射,使得高透明铁电陶瓷的制备非常困难,是当前亟需解决的一大难题。结合前期本课题组在制备La(镧)、Sm(钐)掺杂PMN-xPT透明陶瓷经验基础上,本文研究了稀土元素Ce(铈)、Tm(铥)掺杂PMN-xPT透明陶瓷的制备工艺、物相结构、显微结构、铁电、压电、介电、电光等性能,归纳总结了稀土元素掺杂调控性能的规律,并系统分析了掺杂改性机理,得到的主要成果如下:1、用两步烧结法制备出半透明Ce掺杂PMN-0.33PT铁电陶瓷,研究了Ce掺杂浓度对陶瓷结构和性能的影响。XRD结果表明陶瓷样品具有纯的钙钛矿相结构,并位于准同型相界(MPB)附近。SEM结果显示陶瓷高度致密,以穿晶断裂为主。随Ce掺杂量的增加,陶瓷铁电性降低,居里温度降低、弛豫特性增强,压电系数d₃₃在掺杂量为2 mol%时达到最优(800 p C/N),下转换发光的测试结果表明紫外光激发下的发光主要来源于基质本身中Pb离子的发光。结合XRD峰的偏移、居里温度T_m的变化,通过XPS测试分析Ce离子的价态及固溶占位分布。2、研究了2.5 mol%Ce掺杂浓度下,不同固溶配比PMN-xPT(x=0.37、0.35、0.33、0.31、0.29)陶瓷的结构和性能。XRD结果表明多数样品中出现了少量焦绿石相,SEM观察发现部分陶瓷中存在少量气孔,EDS表明固溶体中的元素分布比较均匀。压电系数和机电耦合系数随固溶配比的增加,呈现先增大后减小的规律,当固溶配比x=0.31时,PMN-PT陶瓷具有最优的压电常数(d₃₃=837p C/N)、介电耦合系数(K_p=0.65)和介电(ε_r=29466)性能。3、制备了Tm掺杂PMN-0.12PT透明电光陶瓷,研究了掺杂浓度对陶瓷的物相、微结构和电学、光学以及电光性能的影响。PMN-PT透明陶瓷的最大的透光率约70%,接近其理论极限透过率71%。通过单光束补偿法测得最小半波电压V_π和最大电光系数r_c分别为355 V和33.97×10^-16m~2/V~2。其半波电压远低于Li Nb O₃、PLZT等常见的电光材料,电光系数仅次于中科院上硅所和本课题组前期报道的数据。低的半波电压和大的电光系数表明该透明陶瓷在电光调制方面有较好应用前景。