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尽管磁与电之间的耦合作用——磁电效应，是自然界中普遍存在的现象，但是同时拥有磁性和电性的“多铁材料”却非常稀少。鉴于多铁材料远期技术方面潜在的应用价值，其相关特性得到了研究人员的广泛关注。作为一种典型的单相多铁材料，BiFeO3(BFO)具有高于室温的铁电居里温度(Tc～830℃)和反铁磁奈尔温度(TN～370℃)，是很有希望在室温下获得应用的铁磁电材料，因此成为多铁材料领域中的研究热点。另外，超导技术的发展使10T左右静磁场的获得日益便利，这使强磁场逐渐成为探索新材料及发现新现象的一种先进手段。本论文结合我们拥有的强磁场这一有利资源，以探索BFO基多铁材料和改善BFO材料多铁性为目标，主要开展了如下研究内容:
1、首次对多晶陶瓷Bi1-xDyxFeO3(0≤x≤0.3)中的Dy掺杂效果进行了研究报道，同时制备一系列的Bi1-xBaxFeO3(0≤x≤0.3)和Bi0.8Dy0.2Fe1-yTiyO3+δ(0.01≤y≤0.1)块材陶瓷来研究元素掺杂对BFO多铁性的影响。实验发现元素掺杂可以显著提高样品的磁性能和改善其漏电行为。在Bi0.8Dy0.2Fe1-yTiyO3+δ多铁复合物中，漏电流密度与未掺杂样品相比降幅达6个数量级，并且最高饱和磁化强度值高达2.07emu/g。
2、通过控制BFO的晶粒在亚微米尺寸，率先发现并报道了亚微米尺寸对BFO磁性的影响规律。此外，对微波辅助溶胶-凝胶法制备的BFO前驱粉进行烧结温度优化，系统研究了样品的晶体结构、结晶形貌、铁磁性、以及铁电性等随烧结温度变化的规律。实验发现在850C烧结时，BFO呈现出熔融状态，进一步提高退火温度将造成Bi元素大量挥发，进而导致BFO迅速向Bi2Fe4O9转变。
3、进一步优化实验工艺，制备了高质量稀土掺杂BFO多晶陶瓷。样品中除了磁性能得到明显改善外，最高剩余电极化强度(2Pr)值高达～80.1μ℃/cm2，几乎达到薄膜与单晶样品的水平。得益于磁滞回线与饱和铁电滞回线的准确测量，研究并总结了掺杂含量对BFO多铁性的影响规律。结果表明尽管稀土掺杂可以同时改善BFO的反铁磁性与漏电特性，但是稀土元素对Bi元素进行过量取代将减弱材料的铁电性，这可能与削弱的Bi3+离子6S2孤对电子效应密切相关。
4、对块材BFO基多铁材料进行强磁场退火，研究强磁场对材料各项性能指标的影响。结果表明磁场退火将导致晶粒尺寸减小，该现象在5T磁场退火的La掺杂块材陶瓷中最为明显。尽管磁场对样品磁性能的影响不是很明显，但是磁场退火显著提高了BFO基陶瓷的铁电性。电滞回线测试结果表明5T磁场下制备的BFO基陶瓷样品与0T和10T磁场下制备的样品相比，普遍具有更好的铁电性。同时，文中也对实验结果进行了相应机理方面的探讨。
5、采用简单的溶胶-凝胶技术，首次通过择优取向PZT过渡层诱导生长了(010)择优取向的BFO薄膜。薄膜中观测到的饱和磁滞回线与电滞回线证明了优质铁磁电BFO薄膜的成功制备。此外，对(010)择优取向BFO膜进行强磁场退火，实验结果再次表明磁场退火将导致晶粒细化。对薄膜进行磁性能测量，结果表明磁性随退火过程中外加磁场增加逐渐增大。磁场退火薄膜样品的铁电性得到了显著提高，在5T磁场下制备的(010)择优取向BFO膜中最高剩余极化强度值(2Pr)高达77μC/cm2，是相同工艺条件下不加磁场制备样品的近6倍大小。