对称性是构成现代物理的核心概念,晶体材料反演中心破缺往往使材料具有极性。铁电晶体材料不具有中心对称性,材料表现为自发极化,表现出铁电、压电、热释电、电光等一系列重要的物理效应,在国民经济、国防军事、信息通讯、医疗健康等领域具有重大应用。铁电材料极性的存在使得其往往对外场（如:电,光、热,力,声等）和表界面结构特征十分敏感,可通过应力场结合材料微结构缺陷调控的方法实现材料极性的调控,如:外延应变调控,组分成分调控,离子掺杂,改变机械边界条件等。近年来,又出现了一些新颖的改进方法,比如相间应变引发大的自发极化,界面非对称肖特基结引发可观的压电性热释电性等。传统热释电性的改进方法通过组分调控使铁电相变温度靠近室温,以获得大的热释电系数。热释电效应的应用主要集中在高性能热释电探测器,近年来,热释电收集能量,热释电微流体操控等也开始引起人们的关注和研究。本文研究了塑性形变对铌酸锂压电和热释电性能的调控机制,并探索开发了一种基于热释电效应的光致微流体操控技术。第一章为绪论,介绍了铁电材料的基本性质及铁电相变的唯象理论和软模理论,铁电材料的前沿方向,压电和热释电性能改进方法及应用。第二章基于第一性原理计算了LiNbO3的自发极化及压电系数,主要内容如下:（1）介绍了密度泛函理论、现代极化理论、VASP软件。（2）基于第一性原理,利用Berry phase方法计算了 LiNbO3的自发极化强度,获得了沿z轴的自发极化与应变的依赖关系,发现当弹性形变改变2%,自发极化改变约4μC/cm2。（3）得出了 LiNbO3的压电应力系数e33。计算了应变下的弹性矩阵,进而获得了压电系数d33与弹性形变之间的关系,拉伸应变增加2%,d33由9.6提高到10.3 pC/N。以上反映出弹性形变对LiNbO3自发极化,压电系数的改进有限。第三章研究了纳米压痕对LiNbO3晶体结构及界面极性的影响,主要内容如下:（1）实验测试表明周期性纳米压痕使LiNbO3的压电系数d33提高了130%,使热释电系数p提高110%。（2）利用纳米压痕仪对LiNbO3晶体进行了力学测试（杨氏模量和硬度）,观察到弹塑性转变特征点（pop-in现象）,表明塑性形变于此处开始。单点压痕横截面的高分辨电镜（HRTEM）分析发现了可能存在NbO2物相。非晶区仍然具有一定的短程周期性,可能产生了铁电纳米畴。（3）单点压痕的微区拉曼光谱分析表明压痕造成了残余应力,拉曼峰出现了 NbO2的可能成分或晶体取向旋转,压痕周围的非线性光学二次谐波（SHG）信号增强表明极性增强或晶体取向旋转。（4）以图形化的蓝宝石衬底为模板,对LiNbO3进行机械压制,制备了大面积周期性纳米压痕结构。X射线衍射（XRD）分析显示压痕造成了部分非晶化。横截面的微区拉曼分析显示压应力沿z轴贯穿厚度方向。X射线光电子能谱（XPS）发现氧空位缺陷,并探讨了其与Li空位缺陷构成偶极的可能性。电滞回线结果显示,矫顽场下降,压痕LiNbO3的剩余极化强度提高了近一倍,表明压痕使晶体内部缺陷和极化强度增加。第四章利用铁电晶体材料LiTaO3探索开发了一种光致热释电效应操控微流体的应用,主要内容如下:（1）开发了一种利用光引发热释电效应,从而操控液滴微流体的方法。实现了几秒钟内接触角从151.0°到74.5°的快速润湿转变,并研究和实现了润湿性转变的可逆性条件。（2）首次研究了界面电荷分布对润湿行为的影响机制。实现了液滴变形、铺展润湿,液滴跳跃等运动姿态调控。基于界面局域电荷效应,观察到了 Taylor锥,Plateau-Rayleigh不稳定性现象,实现了液滴在自聚焦效应下的变形,跳跃,平动及劈裂。（3）研究了液滴润湿的电导率效应,发现液滴电导率对润湿性具有显著影响。（4）设计制作了激光液滴移液器,实现了对液滴的无损移取和转移;实现了对斜面上滚动液滴的钉扎静止操控;实现了电加热方式对水滴运动的操控。最后对本论文的研究工作进行了归纳总结,并对今后的研究方向进行了展望。本文的创新之处在于:（1）提出了一种塑性形变提升界面极性的策略,研究了纳米压痕对铌酸锂压电和热释电性能的调控机制,显著提升了压电及热释电性能,测试显示压电系数提高了 130%,热释电系数提高了 110%,并探讨了弹性形变、第二相、纳米畴等因素对提升压电性能的影响机制。这是一种塑性形变提升界面极性的策略,对化学成分已经确定的材料具有强化性能的潜力。（2）探索开发了基于热释电效应的微流体操控技术。研究了界面电荷分布对润湿的影响机制,观察到了 Taylor锥,Plateau-Rayleigh不稳定性等现象,实现了水滴微流体的铺展、变形、跳跃、劈裂、平移等多种姿态操控。研究了液滴电导率对液滴润湿的影响机制。（3）利用热释电效应制作了无损失移取液滴的激光移液器。拓展了热释电效应的应用。