铁电材料的电卡效应在室温制冷领域具有潜在应用前景，而其压电特性在传感器、驱动器、声呐等领域具有广泛地应用。当前所应用材料主要是铅基的压电材料，而铅元素对人体具有很大的潜在威胁以及污染我们生存的环境，各个国家出台系列政策限制电子器件中的铅含量。本论文采用固相烧结方法制备了三类无铅铁电陶瓷，采用热动力学的Maxwell关系的间接方法研究了它们电卡效应并研究了钛酸铋钠陶瓷的压电特性以及温度热稳定特性。下面简述主要研究工作：
1研究Ba0.94Ca0.06Ti1-xSnxO3体系陶瓷的相结构、介电、形貌和元素分析、热分析、铁电特性。利用介电温谱建立了该体系陶瓷材料的相图，确定了居里温度在室温的准同型（多相共存）相界的Ba0.94Ca0.06Ti0.875Sn0.125O3组分。采用间接方法研究了这些陶瓷材料的电卡特性。Ba0.94Ca0.06Ti1-xSnxO3陶瓷的电卡效率在0.16-0.40　K　mm/kV。Ba0.94Ca0.06Ti0.875Sn0.125O3陶瓷组分具有优异的电卡特性，这与该陶瓷组分处于准同型相界有关。多相共存导致极化各向异性能垒的差别小，在同样的电场下极化更容易翻转，铁电极化值大。Ba0.94Ca0.06Ti0.875Sn0.125O3陶瓷在外电场为6　kV/cm时，其电卡效率为0.4　K　mm/kV，这优于先前报道陶瓷材料的结果。我们发现在20　kV/cm时，电卡效率减小为0.32　K　mm/kV。这表明随着外电场的增加，电卡温度变化增大，而电卡效率却减小。这是由于高电场导致陶瓷由一级相变到弥散的二级相变所致。
2研究Ba0.85Ca0.15Ti1-xHfxO3体系陶瓷的相结构、介电、热分析、铁电特性和电卡特性。我们发现随着Hf4+离子掺杂含量的增加，这体系陶瓷出现多相共存现象。不同类型的相变温度可通过介电温谱提取得到，利用修正的居里-外斯定律的公式定量地表征这些陶瓷的弥散程度。利用间接方法系统地研究这些陶瓷的电卡效应随着温度和电场的变化关系，以及弥散相变对电卡效率和电卡温度适用区间的影响。研究发现Ba0.85Ca0.15Ti0.94Hf0.06O3组分存在尖锐的铁电到顺电相变峰，在外电场35　kV/cm下，大的电卡温度变化值为1.03　K，并且伴随着较为宽阔的电卡温度适用区间。在外电场从9　增加到　35　kV/cm时，电卡效率保持在0.29-0.31　K　mm/kV，该电卡效率可媲美先前报道的最大值。随着掺杂Hf4+离子浓度的增加，Ba0.85Ca0.15Ti1-xHfxO3陶瓷表现出强烈的弥散特性。对于Ba0.85Ca0.15Ti0.85Hf0.15O3陶瓷，电卡效率只有0.10-0.13　K　mm/kV，但存在宽阔的电卡温度适用区间。我们发现陶瓷的弥散特性能够减小电卡效率和拓宽电卡温度适用区间。研究电场对电卡峰值的影响发现随着电场的增加，电卡温度变化的峰值移动到更高的温度，这表明电场可能是一个强有力的手段来调控电卡温度的峰值。总之，我们的结果建议该体系的钛酸钡陶瓷是有前途的电卡制冷材料。
3研究无铅的(1-x)(K0.48Na0.52)(Nb0.95Sb0.05)O3-xBi0.5(Na0.82K0.18)0.5ZrO3（简写为：KNNS-xBNKZ）的多晶型相界区域的电卡效应。首先，通过XRD分析结构和变温介电得到的相变温度数据，我们得到该陶瓷体系存在不同类型的多晶型相界。利用基于热力学的Maxwell关系的间接方法，研究了该体系陶瓷在不同铁电相变温度区域的电卡效应。在外电场为40　kV/cm时，能够获得大的电卡温度变化，在359　K时KNNS-003BNKZ陶瓷里的电卡温度变化为0.32　K;　KNNS-004BNKZ组分，在温度为350　K时，电卡温度变化为0.51　K;　对于x=0.05陶瓷，在温度为300　K时，电卡温度变化为0.48　K。对应的电卡效率分别为0.08　K　mm/kV,　0.13　K　mm/kV和　0.12　K　mm/kV。这些电卡效率可比较先前报道的铁电相变区域的值。比较先前钛酸钡体系陶瓷电卡效应，发现该体系陶瓷的多晶型相界能够拓宽电卡适用温度区间。利用透射电子显微镜观察这些陶瓷样品的畴结构，我们发现这些陶瓷样品都拥有纳米铁电畴，这样的畴能够减小畴壁能，有利于极化的翻转。KNNS-004BNKZ组分存在最小的纳米畴，能够解释其最优的电卡特性。总之，根据透射电子显微镜对畴结构的观察和经典畴理论的分析能合理的解释多晶型相界区域的大电卡效应。这里采用畴结构的理论来解释该铌酸钾钠陶瓷体系在多晶型相界的电卡效应为研究电卡效应提供了新的理论指导。
4研究了固相反应烧结制备的Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3陶瓷体系的相结构、介电、压电、电致应变和电卡特性。通过XRD结构分析发现随着Bi0.5K0.5TiO3掺杂含量的增加，相结构从三方到四方转变。Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3陶瓷具有准同型相界，其三方和四方相共存，这与先前研究结果一致。研究这些陶瓷的极化条件发现在低电场30　kV/cm时，这些陶瓷能够被极化到大的压电常数。压电常数的热稳定性对于应用极其重要，我们测量这些陶瓷变温下的压电常数，发现在退极化温度前压电常数能够一直保持常数或者稍微增加，具有良好温度热稳定性。对于Bi0.5(Na0.85K0.15)0.5TiO3陶瓷，随着温度增加的压电常数d33可能是由内置偏场导致非180o畴的继续翻转所贡献。在温度为120oC时，Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3陶瓷的电致应变为0.35%。我们认为高温下大的电致应变来源于铁电畴的翻转和电场引起的铁电到反铁电的相变。利用间接方法研究这些陶瓷的电卡效应，得到在低于退极化温度时，观察到负的电卡效应。在Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3组分，高于退极化温度计算得到正的电卡温度变化。在外电场50　kV/cm下，电卡效率为0.216　K　mm/kV。这结果可媲美甚至高于先前其他钛酸铋钠陶瓷体系的电卡效率。我们发现这些Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3陶瓷在高温制动器和电卡制冷领域具有潜在的应用。