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钛酸铅(PbTiO3, PT)是我们所熟知的一种重要的钙钛矿结构的铁电体,具有特殊的负热膨胀性(Negative thermal expansion, NTE),在室温至居里温度范围内存在热缩冷胀行为。然而如BaTiO3、KNbO3、BiFeO3等大多其它钙钛矿结构化合物是不具有这种行为。另外PbTiO3基固溶体化合物也具有多功能性,在铁电、铁磁等方而具有重要的研究价值。大多材料的热胀冷缩行为会使得材料的使用寿命缩短,而且某些特殊行业(航空、航天等)对材料的热膨胀性要求也非常严格,这就使得开发出负热膨胀性可控以及零膨胀材料显得尤为重要。研究PbTiO3基化合物的负热膨胀性不仅有利于开发新型负热膨胀材料,而且有利于加深对负热膨胀机理的认识。本论文对PbTiO3基化合物的负热膨胀性和多功能性进行了系列研究。首先在0.5PbTiO3-0.5(Bi1-xRx)FeO3(R=Sm、Nd)体系中,研究了掺入Sm/Nd对0.5PbTiO3-0.5BiFeO3化合物晶体结构和负热膨胀性能的影响。发现Sm/Nd掺入后,体系的轴比(c/a)下降,单胞体积减小,晶格畸变降低,负热膨胀性削弱。实验结果表明铁电热致收缩(SVFS)和样品负热膨胀性之间有着紧密的关系。在纯PbTiO3化合物中引入阳离子空位,研究阳离子空位对PbTiO3结构和负热膨胀性的影响。结果表明Ti离子空位最多能达到2%(PT98),Pb离子空位最多能达到8%(P92T).PT98和PT相比,结构和性能没有太大变化,而P92T有较为显著的变化。Rietveld法结构精修结果显示P92T白发极化位移减小,铁电性削弱,高温XRD指标化结果表明热膨胀性削弱,DSC结果显示居里点降低,拉曼结果亦表明A1(TO)模弱化。较多的阳离子空位会导致PT自发极化减小,铁电性削弱,进而负热膨胀性削弱。制备了PbTiO3-NdFeO3系列固溶化合物,PbTiO3-NdFeO3体系全程固溶,随着NdFeO3含量增加,化合物结构从四方向变为伪立方向最后是正交相。同时,铁电性逐渐削弱,在结构变为伪立方向后铁电性消失；铁磁性逐渐增强,并且在0.2PbTiO3-0.8NdFeO3样品中达到最强。0.8PbTiO3-0.2NdFeO3和0.7PbTiO3-0.3NdFeO3样品都是具有铁电性和铁磁性的多铁性材料。同时我们研究了0.8PbTiO3-0.2NdFeO3样品的磁电耦合性能。制备了(1-x)PbTi03-xNdFe03体系,PbTiO3-NdFeO3体系具有全程固溶特性,随着NdFeO3含量增加,化合物结构从四方相变到伪立方向最后转变为正交相。同时,铁电性逐渐削弱,在结构变为伪立方向后铁电性消失；铁磁性逐渐增强,并且在0.2PbTiO3-0.8NdFeO3中达到最强。0.8PbTiO3-0.2NdFeO3和0.7PbTiO3-0.3NdFeO3都是具有铁电性和铁磁性的多铁性材料。同时我们研究了0.8PbTiO3-0.2NdFeO3样品的磁电耦合性能。确定了(1-x)PbTiO3-xNdFeO3体系中准同型相界成分点为0.7PbTiO3-0.3NdFeO3,并研究了用具有6S2特殊电子结构的Bi部分替代Nd对多功能性的影响。结果显示当Bi替代了25%的Nd时,样品的铁电性和铁磁性同时增强；当替代75%的Nd时,制备出零膨胀多铁性材料。同时由于PbTiO3-(Bi,Nd)FeO3有着较好的多功能性,我们用溶胶凝胶法合成了PbTiO3-(Bi,Nd)FeO3薄膜材料,发现0.9PbTiO3-0.1(Bi,Nd)FeO3薄膜样品有着很好的铁电和铁磁性能。