多铁材料因其同时具有铁电性、(铁)磁性、铁弹性等特性中至少两种以上物理序参量共存的情况,以及这些不同序参量之间存在不同的耦合作用,在探测器、传感器、存储器和自旋电子器件等领域有着巨大的潜在应用。目前,多铁材料已成为凝聚态物理、材料学和信息科学等领域的热点前沿领域。由三层Bi4Ti3O12(BiT)和典型单相多铁材料BiFeO3(BFO)构建的四层Aurivillius相结构的Bi5Ti3FeOi5(BTFO)单相磁电体,具有优良的铁电和压电性、高居里点(Tc)、抗疲劳和环境友好等优点,尤其是其磁序和铁电极化序共存的多铁特性以及自旋晶格耦合作用,成为近年来颇受关注的新型单相磁电材料。但由于该材料体系中所具有的反铁磁磁学本性,使得BTFO仅表现出弱的磁性和磁电耦合行为。因此,磁序裁剪、磁电相互作用优化和磁电新机理等方面的深入研究成为BTFO材料的焦点课题。基于上述原因,本论文尝试通过在BTFO中进行磁性Cr离子掺杂,完成该材料体系中的磁性修饰,从而在该材料体系中实现铁磁性和铁电性共存的多铁特性,并研究基于此基础上呈现的新颖物理效应。本论文的主要研究内容以及取得的研究结果如下：1、采用传统固相烧结法,制备了不同Cr浓度掺杂的Aurivillius相结构的BTFO陶瓷材料(其结构通式为：Bi5Ti3CrxFei-xO15(BTCFO), x=0,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1),系统研究了Cr掺杂对BTFO陶瓷材料的晶体结构、微结构、介电、铁电和磁学性质的影响规律。2、通过对X射线衍射(XRD)分析,发现了所烧结的BTCFO陶瓷呈现出具有Aurivillius相的钙钛矿结构,且随着Cr掺杂浓度的增加,其晶格常数a,b,c的变化满足维加德定律,即随着Cr掺杂剂量的增加,晶格常数a,b,c近乎线性减小。另外,随着Cr掺杂浓度的增加,这些样品的晶格扭曲参数a/b依次降低。扫描电子显微图(SEM)分析得出,所制备的BTCFO陶瓷材料表现出层状结构,具有铋层状Aurivillius相结构的典型微观形貌。此外,SEM微观结构也表明Cr掺杂有助于BTFO材料中晶粒的长大,表明了Fe和Cr在Bi5Ti3(Fei-xCrx)O15体系中的固溶性,而且Cr的掺杂能够提升晶粒的生长,即在Aurivillius相结构中Fe和Cr表现出不同的热动力生长行为。3、电学特性研究表明,高浓度Cr掺杂并没有改善BTFO陶瓷的铁电性；当Cr掺杂量超过10%时,其电滞回线是由漏电导致的“香蕉型”伪铁电回线。低浓度Cr掺杂BTFO样品,表现出与母体BTFO相似的介电行为,即其介电常数和介电损耗基本与频率无关；而高浓度Cr掺杂BTFO样品呈现出明显的低频色散现象；我们同时发现,随着Cr掺杂浓度的增加,介电损耗弛豫峰所对应的频率向高频率方向移动,这可能是由于氧空位的存在、与Fe/Cr多价态相关的缺陷抑或是晶粒或者晶界的影响,这仍然需要进一步深入的研究。4、我们利用布里渊函数和居里外斯关系对BTCFO陶瓷材料的磁学性质进行分析,所有BTFCO材料与母体BTFO具有相同的磁序,即超顺磁性主导的局部反铁磁作用；在此基础上,我们进而给出了其饱和磁化强度Ms、有效磁矩μeff与Cr掺杂浓度的依赖关系。研究发现,在BTCFO陶瓷材料中Fe3+离子和Cr3+离子之间存在局部反铁磁行为,因而,Goodenough-Kanamori (G-K)关系预测的Fe3+-O-Cr3+之间的180°铁磁超交换作用很难在固相烧结的BTFO陶瓷体系中实现。