多功能材料（多铁材料,磁电介质,自旋电子材料等）由于其可能应用于存储材料和丰富的基础物理学性质而引起了越来越多的关注。具体地来讲,在过渡金属氧化物中,晶格,电荷,自旋和/或轨道自由度之间的强相互作用为调节其物理性质提供了平台。近来,电场对磁性的调控也是低功率自旋电子器件发展的重要方面。在天然存在的氧化物中,由于铁磁性和铁电性之间的不相容性,铁磁性和铁电性的共存也是十分罕见的。铁酸铋作为一种稀有的多铁化合物,其铁电性和反铁磁性在室温下共存,且其高于室温的铁电居里温度和反铁磁Neel温度（Tc～1100K和TN～643 K）,较大的自发极化（Ps～100μC/cm²）等优点,使其成为研究最多的多功能材料之一。然而,由于高温条件下Bi离子的挥发很容易诱导Fe离子变价和氧空位的形成,使样品不纯且漏电流较大,这就很难获得饱和的电滞回线和较大的剩余极化。此外,独特的空间调制螺旋磁结构使其呈现出室温反铁磁性,也不利于线性磁电耦合效应,使其很难进行实际应用。为了解决这些关键问题,近二十年关于样品制备方法的优化及其他改性的手段应运而生,来最大程度地改善铁酸铋基多铁材料的铁电和铁磁性能。针对以上问题,本论文以BiFeO₃多铁性材料为基础,系统地研究了 Bi位抗磁金属离子组合共掺BiFeO₃和Bi₂Fe₄O₉多铁性陶瓷Fe位掺杂的制备、晶体结构转变、介电、铁电及磁学性能的变化规律。具体开展的主要研究工作和取得的研究成果如下:一、研究中采用快速的固相反应法制备了 Sr和Pb组合共掺的BiFeO₃多铁性陶瓷。实验结果表明,随着Sr/Pb组合共掺浓度的增加,BiFeO₃的晶体结构从菱形三方（空间群R3c）结构转变为立方（空间群Pm-3m）结构。同时,拉曼光谱表明,Bi-O键的振动强度逐渐减弱。此外,在100-107Hz的频率范围内随着Sr/Pb组合共掺浓度的增加,BiFeO₃的室温介电常数增加和介电损耗减小。庆幸的是,Sr/Pb组合共掺BiFeO₃多铁性陶瓷在保持铁电性能的前提下,漏电流得到进一步的降低。Sr/Pb组合共掺BiFeO₃多铁性陶瓷中的铁磁性能也获得显著增强,这主要源于Fe²⁺-O-Fe³⁺双交换相互作用和晶体结构转变使反铁磁摆线自旋结构坍塌。二、基于上述工作,为了进一步改善BiFeO₃的铁电性和漏电流,我们选择离子半径较小的Ca离子代替上述Sr离子实现BiFeO₃陶瓷的Ca/Pb离子组合共掺。为了补偿由Ca²⁺掺杂引起的电荷不平衡,Pb离子在Ca离子存在下呈现+4价。研究发现,随着Ca/Pb组合共掺浓度的增加,BiFeO₃同样发生从菱形相（空间群R3c）到立方相（空间群Pm-3m）的晶体结构转变。与Sr/Pb组合共掺相比,Ca/Pb离子组合共掺显著地提高了 BiFeO₃陶瓷的介电和铁电性能,同时使漏电流降低了两个数量级。唯一不足的是,Ca/Pb离子组合共掺BiFeO₃陶瓷的铁磁性能增强程度不如Sr/Pb离子组合共掺BiFeO₃陶瓷。基于Ca离子掺杂的优势,我们可以推断出Ca/Pb组合共掺BiFeO₃陶瓷可能产生了微量的铁电畴,而且对磁结构的破坏程度小于Sr/Pb组合共掺。三、我们通过温和的溶胶-凝胶方法合成了 K和Pb离子组合共掺的BiFeO₃纳米颗粒。随着K和Pb离子组合共掺的含量增加,引入了 Fe空缺,既造成了晶体结构由菱形R3c向立方Pm-3m转变,也诱导了局域畸变的产生。随着K+和Pb²⁺离子组合共掺含量增加,BiFeO₃纳米颗粒的光学带隙逐渐减小,则是由晶体结构转变（R3c→Pm-3m）,及Fe空缺产生局域畸变使导带和价带展宽造成的。此外,BiFeO₃样品的饱和磁化强度随着组合共掺含量的增加先减小后增加。先减小则是由于低组合共掺含量（0.02 ≤≤0.05）时立方相含量中的铁磁作用小于贋立方（111）面内Fe空缺引起的铁磁耦合的减小;后增加则主要因为立方相含量较多造成螺旋自旋摆线结构的坍塌释放的铁磁作用远大于Fe空缺引起的铁磁耦合的减小。四、本章利用紫外-可见光漫反射光谱和磁滞（M-H）回线分别研究了 Bi₂Fe₄O₉和Bi₂Fe_3.6Me_0.4O₉（Me = A1和Ti）陶瓷的光学带隙和低温磁性。研究发现Bi₂Fe₄O₉的光学带隙从 2.06eV 依次变为 Bi₂Fe_3.6Al_0.4O₉ 的 2.01 eV 和 Bi₂Fe_3.6Ti_0.4O₉ 的 1.86 eV。并观察到Bi₂Fe_3.6Ti_0.4O₉陶瓷的低温磁化强度明显增加,而Bi₂Fe_3.6Al_0.4O₉的磁化强度几乎没有变化。对于Bi₂Fe_3.6Me_0.4O₉（Me = Al和Ti）两种材料,不同掺杂离子在FeO₄四面体或FeO₆八面体中Fe³⁺的择位取代是导致其光学带隙和低温磁化强度变化的主要因素。该工作提出了不同离子的择位取代可以有效调控Bi₂Fe₄O₉陶瓷中的光学带隙和低温磁性能,促进了光伏器件和光催化材料在未来的潜在应用。