在自然环境中，机械振动能具有普遍性、多样性、无污染和易收集等优点，在各种形式的能量中占有一席之地，利用压电纳米发电机收集机械振动能可为智能化功能电子器件的供电问题提供一个可行的解决办法。本研究利用无铅钛酸钡(BaTiO3)纳米颗粒、碳纳米管和聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行复合，制备成BaTiO3/PDMS和BaTiO3/PDMS/C基压电纳米发动机。结果表明：随着BaTiO3含量的增加，BaTiO3/PDMS基压电纳米发动机输出信号呈现先增加后减少的现象，且在BaTiO3含量为12%时取得最优输出信号，其输出电流为42 nA、输出电压为18 V。此外，碳纳米管的引入有利提升BaTiO3/PDMS基压电纳米发动机的输出信号，且在碳纳米管含量为2%时BaTiO3/PDMS/C基压电纳米发动机取得最优输出信号，其输出电流为73 nA、输出电压为19 V。研究表明BaTiO3/PDMS/C基压电纳米发动机在自供电微电子可穿戴设备等领域具有较大的应用潜力。

该文通过两步水热法制备了钛酸钡纳米线(BTO NWs), 采用旋涂法与聚偏氟乙烯(PVDF)复合制备BTO NWs/PVDF复合薄膜。系统地研究了水热反应中不同NaOH浓度、不同反应时间及不同BTO NWs掺杂量对BTO NWs/PVDF复合薄膜压电输出性能的影响, 并与商用钛酸钡纳米球(BTO NPs)制备的BTO NPs/PVDF复合薄膜进行了压电性能对比。结果表明, 当NaOH浓度为10 mol/L, 反应时间为10 h时, BTO NWs/PVDF复合薄膜开路电压和短路电流分别可达5.42 V和1.81 μA。当BTO NWs掺杂量(质量分数)为20%时, 复合压电薄膜的开路电压可达9.34 V, 短路电流可达2.15 μA, 分别是BTO NPs/PVDF复合薄膜输出电压和电流的1.92倍和1.49倍。当负载电阻值为5 MΩ时, BTO NWs/PVDF复合薄膜输出功率可达1.44 μW。经过4 000次循环敲击测试, BTO NWs/PVDF复合薄膜表现出良好的机械稳定性, 其有望在自供电器件、柔性可穿戴电子设备等领域得到广泛应用。

近年来，高功率、高能量密度的电容器成为新的研究热点，其在脉冲功率系统小型化和轻量化的发展中具有重要意义。本工作以BaTiO3-Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3固溶体为研究对象，致力于提高BaTiO3基陶瓷材料的储能密度，系统探究了不同含量的Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3对BaTiO3基陶瓷材料微观结构以及介电、铁电和储能性能的影响。采用标准固相烧结法制备出致密的(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3 (x=0.03、0.06、0.1、0.3、0.4)陶瓷。通过调整预烧及烧结条件，获得了陶瓷的最佳烧结工艺。随着x的增大，(1-x)BaTiO3-xBi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3陶瓷的室温晶体结构由四方相转变为立方相，同时材料从正常铁电体逐渐转变为弛豫型铁电体，介电常数峰值展宽，并在室温至500 ℃的温度范围内基本保持稳定。采用修正的Curie-Weiss定律和Vogel-Fulcher关系对陶瓷介电弛豫行为进行了深入分析。在极化特性方面，Bi(Mg0.5Zr0.25Ti0.25)O3成分的加入能够显著降低剩余极化强度(Pr)，增大介电强度，使电滞回线变细长，并使电滞回线中电场对极化的积分面积变大，从而使材料的储能密度得到提高。材料的最大储能密度大致呈先升高后降低的趋势，储能效率从75.08%提高到92.35%，并且在x=0.1时获得了最高的储能密度0.8 J/cm3 (储能效率为88.97%)。

烧结工艺直接影响陶瓷的显微结构及性能。利用超快速高温工艺制备钛酸钡压电陶瓷，并与常规烧结工艺制备的钛酸钡陶瓷进行对比。研究了超快速高温烧结电流对钛酸钡陶瓷组成、结构以及性能的影响。结果表明：超快速高温烧结可以抑制晶粒的生长，采用超快速高温烧结工艺在电流为180 A保温5 min后，钛酸钡陶瓷的室温相对介电常数为3 450、介电损耗为1.89%、压电常数为283 pC·N-1，这些性能均与常规烧结钛酸钡性能相当，超快速高温整个烧结时间较常规工艺缩短了196倍，是一种新型高效功能陶瓷烧结方法。

采用固相反应法制备了(1-x)BaTiO3-xDyFeO3二元体系钙钛矿结构固溶体陶瓷，研究了其磁性性能随组分和温度的演变规律，分析了相组成对磁学特性的影响。结果表明：随着x的增大，磁性元素浓度增加导致高场下磁化强度以及动态磁化率大体呈上升趋势；分别对静态和动态磁化率随温度变化曲线进行拟合，发现均可满足Curie-Weiss定律，但两者拟合参数显示出明显差异。在中间组分范围出现少量磁性的焦绿石相以及类DyFeO3相，这些相在低磁场下对磁性性能影响显著，导致对应磁学参数具有明显的波动。

采用传统固相法制备了(1-x)BiFeO3-xBaTiO3 (BF-xBT，x=0.28, 0.29, 0.30, 0.31)压电陶瓷，研究了其在相界附近的相结构演化与介电、铁电性能和压电性能的变化关系。结果表明，所有样品均呈现出钙钛矿相结构且无任何杂相，且均位于三方-赝立方相相界附近，表现出三方、赝立方两相共存状态。随着x的增加，相结构中赝立方相相含量逐渐增加，而三方相相含量逐渐减少，当x=0.30时，样品的三方相与赝立方相含量趋于相近，表现出最佳的电性能：压电系数d33 =165 pC/N，剩余极化强度Pr = 26.80 μC/cm2，Curie温度TC =465 ℃。另外，淬火后样品的Raman振动模与弥散指数的显著变化表明淬火工艺能有效提高样品的长程有序度和铁电相的温度稳定性，致使BF-xBT体系陶瓷的Curie温度得到进一步提升。特别是对于BF-0.30BT陶瓷样品，由于更合适的三方-赝立方相相比例和淬火工艺，介电和铁电性能均得到增强。本工作揭示了BF-xBT陶瓷样品相结构演化与压电性能的关系，并通过淬火工艺进一步优化BF-xBT陶瓷的电性能，从而为拓宽BF-BT体系材料的应用温度范围提供参考依据。

BiFeO3-BaTiO3陶瓷的低温快速烧结致密化有助于抑制Bi元素的挥发, 降低能耗以及快速筛选出具有优异电学性能的BiFeO3-BaTiO3基陶瓷材料。在200 V/cm的直流电场和280 mA的限制电流作用下, 通过反应闪烧Bi2O3、Fe2O3、TiO2和BaCO3混合粉体, 能够在415 ℃的炉温下, 30 s内获得具有良好铁电及压电性能的致密BiFeO3-BaTiO3陶瓷。反应闪烧过程中, 固相化学反应和烧结致密化同时发生; 限制电流值的大小对样品的相变和致密化程度有重要影响。反应闪烧技术可通过一步闪烧陶瓷材料的前驱体混合粉末而获得单相且致密的陶瓷材料, 为陶瓷材料的快速制备提供了一个新的途径。

目前, 人工骨由于力学性能不佳在应用上受到极大的限制, 因此, 如何在保证人工骨具有压电性能和生物性能的前提下提高其力学性能成为了研究热点。本文以钛酸钡-羟基磷灰石(BT-HA)复合材料为基体, 质量分数为5%的碳纤维(Cf)作为增强体, 利用传统固相烧结法制备了Cf/BT-HA复合材料, 目的是在保证电学性能不变的前提下提高复合材料的力学性能。结果表明,BT-HA复合材料中加入Cf后, 电学性能基本保持不变, 力学性能得到了很大的提升。样品具有较好的铁电性, 压电常数d33为37 pC/N, 居里温度为170 ℃, 高于人工骨的使用温度。抗弯强度达到121.7 MPa, 硬度达到3.56 GPa, 均增大到未加Cf样品的3倍, 断裂韧性增加了1倍, 达到1.21 MPa·m1/2。Cf/BT-HA复合材料没有细胞毒性且骨诱导性良好, 有望应用于骨替代材料领域。