铁酸铋（BiFeO₃）作为目前唯一的室温多铁性材料,在多态信息存储器、传感器、非线性磁光效应和自旋电子器件等方面有着广泛的应用前景,但纯相材料的制备困难、高漏导以及弱磁性等问题一直制约其发展和应用。针对这些问题,本论文着重于A位碱土/稀土离子掺杂、B位3d过渡金属离子掺杂及与ABO₃型钙钛矿铁电磁体固溶的改性研究。我们详细地研究了上述体系的结构、形貌、铁电性质、磁性质及磁介电性质等各方面的物理性质,对体系的晶体结构和多铁响应及电、磁等方面物理性质的关联有了深入的理解。主要内容包括如下:首先,采用快速液相法制备了系列碱土离子掺杂的陶瓷样品Bi_1-xA_xFeO₃ （A = Ca, Sr, Pb, Ba）,研究了二价碱土离子掺杂BiFeO₃陶瓷中缺陷的存在形式以及掺杂对BiFeO₃多铁性质的影响。发现二价的碱土离子替代Bi³⁺离子将会在晶格中产生大量的氧空位缺陷,同时可以明显地改善BiFeO₃的磁性。探讨了同样具有6s孤对电子的Pb²⁺离子掺杂对BiFeO₃铁电畸变的影响,发现Pb²⁺离子掺杂将导致BiFeO₃的晶体结构由菱方相向高对称性的立方相转变,减小了Bi³⁺离子偏离中心对称位置的极化位移,破坏了BiFeO₃的铁电性。同时研究了掺杂离子半径和相应样品磁性提高的关联性,发现掺杂离子半径越大将导致更大的磁各向异性,从而更有效地提高BiFeO₃的磁性。第二,采用快速液相烧结法制备了Bi_1-xEu_xFeO₃（0≤x≤0.3）陶瓷样品,系统地分析了小半径的稀土Eu³⁺离子掺杂对BiFeO₃结构与多铁性能的影响。基于不同的空间群对Eu掺杂BiFeO₃体系进行了结构精修,由此发现该体系由于掺杂导致的化学内压力而发生由菱方（R3c）到正交（Pn2₁a）的结构相变。研究结果揭示掺杂导致的室温多铁性质变化具有强烈的结构依赖性。系统的探讨了稀土掺杂BiFeO₃陶瓷晶格结构与磁性之间的关联,定量的计算了掺杂导致的磁各向异性常数,进一步证实磁性的提高可以归因于结构畸变导致的磁各向异性的变化。采用快速液相烧结法制备了Bi_0.9La_0.1FeO₃和Bi_0.85La₍0.1_Ho_0.05FeO₃陶瓷样品,研究了掺杂离子的性质对BiFeO₃结构与多铁性能的影响。研究结果表明大离子半径的非磁La³⁺离子稳定了BiFeO₃的钙钛矿结构、减小了漏导,而小半径磁性Ho³⁺离子的同时引入导致BiFeO₃菱方畸变增大,进而抑制了其螺旋磁结构。La、Ho共掺杂使得改性效果得以优化,进而明显改善了BiFeO₃的室温磁电性能。第三,鉴于BiFeO₃的磁性能与其B位的Fe³⁺离子有关,基于第一性原理计算研究了Co掺杂对BiFeO₃的磁结构、电子结构和能带结构的影响。发现掺杂导致原有的G型反铁磁序发生变化,形成了亚铁磁序的磁结构,材料的铁磁性有了明显的提高。采用高温高压技术提高了Co在BiFeO₃的固溶度,制备了单相的BiFe_1-xCo_xO₃（x=0,0.1,0.2）系列陶瓷样品。拉曼光谱分析表明掺入的Co占据Fe位,同时在Co掺杂的样品中存在Fe³⁺和Co³⁺离子之间的耦合。通过理论与实验结果的比较,我们探讨了Co掺杂对BiFeO₃多铁性能影响的物理机制,进一步证实了体系磁性能的改善归结于Fe³⁺-O-Co³⁺的磁性耦合相互作用。第四,鉴于目前室温多铁性材料非常稀少,我们采用高温高压技术制备了一种新的多铁性固溶体材料（l-x）BiFeO_3-xGdCrO₃（x=0,0.1,0.2）,系统地研究了该固溶体系的结构、介电、铁电和磁学性能,并探讨了其相关物理机制。发现多铁性的GdCrO₃的引入使得BiFeO₃的晶体结构由菱方畸变为正交钙钛矿结构。而在准同型相界（x=0.1）附近,体系表现出良好的室温多铁性质。通过精确的结构分析发现磁性的提高归因于结构畸变导致的Fe³⁺离子自旋倾斜夹角的变化以及Fe³⁺离子与Cr³⁺离子之间的磁性相互作用;同时Gd³⁺离子对样品低温下的磁性提高有很大的贡献。此外,样品中明显的磁介电效应表明在此体系中存在着铁电序和磁有序之间的耦合。通过以上从改善单相多铁性材料BiFeO₃的磁性和铁电性能的物理机制出发,实现了各种物理性能的提高,对改善室温下BiFeO₃基多铁材料的各种参数以满足实际应用需求提供了有益的帮助。