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钙钛矿型铁电材料由于具有丰富的物理属性和在微电子和光电子领域潜在的应用价值，已成为研究最为广泛的铁电材料。随着应用的深入和技术的革新，对于钙钛矿型铁电材料的很多深刻物理问题已不能仅停留在基于经验参数的理论基础上。许多的材料机理以及实验研究中表现出的物理现象需要从量子理论的框架中寻求答案。本文基于密度泛函的理论框架，结合全电子势线性缀加平面波方法(FP-LAPW)和赝势投影平面波方法(PP-PAW)的计算优势，针对钙钛矿型铁电体的电子结构、化学键、自发极化以及光学性质等物理性质进行了系统的理论研究，并取得如下主要成果。
1．对BaTiO3、PbTiO3和KNbO3三种典型的ABO3型铁电体立方相和四方相的能带结构和态密度进行了计算，并对比了其它几种ABO3型铁电体立方相的电子结构。根据第一性原理计算得到的BaTiO3、PbTiO3和KNbO3的电荷密度结合AIM理论分析了三种铁电体立方相和铁电相的成键机制，并与其它几种ABO3型铁电体的成键性质做了对比，找到了ABO3 型铁电体的成键性质随A、B位阳离子的变化规律。结合实验对BaTiO3、PbTiO3和KNbO3光学性质的研究，我们系统地分析了ABO3型铁电体的光学性质如介电函数、反射谱、吸收谱、能量损失谱、折射系数、消光系数和光导率。
2．系统地分析了结构畸变对BaTiO3、PbTiO3和KNbO3三种ABO3型铁电体的成键机制、自发极化以及Born有效电荷的影响。结合AIM理论计算模拟了体积形变和离子位移对BaTiO3的成键强度以及成键过程中的电荷转移。结果表明了结构畸变主要影响BaTiO3中的Ti-O键，对Ba与TaO6之间的离子键特性影响很小。采用现代极化理论对三种铁电体的自发极化进行了理论分析，并获得了跟实验一致的结果。自发极化与结构畸变的关系显示，在小畸变的情况下，自发极化与离子的位移保持线性的关系，在大畸变的情况下，自发极化随离子位移的变化关系显现出非线性的现象。计算显示Born有效电荷主要敏感于离子位移，受体积形变和各向同性压力的影响很小。
3．系统地研究了铋层状钙钛矿型铁电体SBT和SBN的总能、电子结构和自发极化的起源。总能和态密度的分析发现SBT和SBN铁电相的总能降低并非源之各原子间的轨道杂化，而是由于Bi2O2层和SrB2O7钙钛矿层畸变以及它们相互耦合作用。电荷密度和AIM理论计算的迁移电荷分析发现B位离子(Ta、Nb)和O之间以及Bi和O之间的共价杂化是SBT(SBN)的铁电性质和结构畸变的主要因素。采用现代极化理论计算的自发极化与实验的结果很好的符合，同时并分析了BiO2 层和SrB2O7钙钛矿层每部分对SBT和SBN的自发极化贡献。