摘 要: 钙钛矿（ABO3）由于晶体结构的可调性在诸多经典功能材料体系中具有重要的研究价值，如铁电压电、磁性、负热膨胀、超导等。钙钛矿结构体现出丰富的结构设计及性能调控特性。该研究以钙钛矿型铁电压电、负热膨胀无机固体化合物为研究对象，采用同步辐射、中子衍射、理论计算等方法揭示了优异压电铁电“结构-性能”的构效关系，以及局域结构、点阵动力学对热膨胀调控的作用机制。采用高能同步辐射X射线衍射及二维面探技术实现了在电场原位作用下同时分析铁电陶瓷织构、晶体结构、相转变以及点阵应变等微观结构信息。在Pb(Zr0.535Ti0.465)O3等体系中发现了电场诱导的单一单斜相，该单斜相具有独特的压电行为。压电性能与晶体结构存在强烈的依赖关系，以MA、MB、R、T相顺序逐渐递减，其中单斜相压电性能最优。单斜相优异压电性能来源于自发极化在[110]晶面内的连续可逆旋转，自发极化随电场相应的速度越快，晶格形变越大，压电性能越优异。在诸多MPB高性能压电体系中，电场诱导的可逆相转变是一种提升压电性能的重要方法，相转变可以激活晶格形变，进而得到优异的压电性能。
ScF3基氟化物是一类由ScF6八面体顶角相连而成的类钙钛矿结构框架化合物，采用变温同步辐射EXAFS、PDF、中子衍射及第一原理计算等方法研究了ScF3及其衍生物化学键、局域结构、磁性及负热膨胀机理[4-6]。虽然ScF3晶胞随温度增加而收缩，但其基本结构单元ScF6八面体却表现出相反的强烈热膨胀，ScF3的晶格收缩来自于F原子沿垂直于Sc-F-Sc原子链方向强烈横向摆动的晶格动力学特征，负热膨胀的产生与目前普遍接受的刚性化学键前提无关[4]。通过局域结构畸变、多面体结构柔性程度以及客体离子/分子脱嵌等方法实现了热膨胀有效调控[5,6]。例如，在ScF3的A位嵌入Li+离子，可实现其热膨胀由负到零到正膨胀的连续可控调节[6]。
