由于铁电材料在光学器件、感应器件、微波器件以及高密度非挥发性存储器件等工程领域巨大的应用前景，近年来研究人员对铁电薄膜、铁电纳米线、铁电纳米管及多重铁性薄膜等纳米尺度下的铁电材料进行了大量的研究。铁电材料的相关性能依赖于很多因素，例如材料所处的温度、边界条件、尺寸大小、表面效应、外加电场以及外延应力等等。大量的研究报道了关于以上各种因素对于纳米尺度铁电材料关键性能的影响，使得铁电材料的纳米尺寸效应及其相关性能和应用研究成为目前纳米科学研究的热点。　　本论文主要集中在铁电材料处于纳米尺度条件下尺寸变化对其相关性能的影响。同时，论文也关注如何通过结构设计达到人为控制铁电材料工程性能的目的，从而使纳米尺度铁电材料拥有更为理想的应用前景。以下是本论文研究涉及的主要思路、研究方法和相关结论：　　(1)基于TimeDependentGinzburg-Landau（TDGL）方程，运用分叉理论及稳定性分析方法研究铁电薄膜相变的临界条件。考虑退极化场、表面效应及自发应变等因素的影响，建立了以薄膜厚度、失配应变及外推长度为变量的铁电薄膜相变温度及临界厚度解析表达式。同时，运用数值模拟方法确定了铁电薄膜相变级数及升温和降温过程中相变温度的差异。综合分析薄膜厚度、失配应变及外推长度对铁电薄膜相变行为的影响。为了验证热力学模型的正确性，运用基于第一性原理的Shell-Model分子动力学方法对铁电薄膜在表面效应影响下的极化分布进行了模拟计算。给出极化的分布及外推长度与温度之间的关系。　　(2)针对铁电纳米线和纳米管的热力学模型及极化演化的动态模型做稳定性分析，推导了关于铁电纳米线及纳米管的相变温度、极化及Curie-Weiss关系的解析表达式。证明了铁电纳米线和纳米管的性能依赖于纳米线和纳米管的表面张力，即表面张力对铁电纳米线和纳米管的相变温度及极化有明显的增强作用。考虑到表面张力和表面边界的共同影响，分析结果表明了在铁电纳米线和纳米管中，存在临界半径和临界壁厚。通过第一性原理计算方法分析了基态条件下铁电纳米线的相关性能，其结果也验证了热力学模型对铁电纳米线和纳米管的分析。　　(3)依据热力学理论及弹性Timosheko力学方法，建立了铁电薄膜及柔性衬底系统的界面失配位错的生成机理模型。分析结果表明铁电薄膜中极化的产生很大程度上改变了界面位错生成的临界厚度。通过数值模拟计算，讨论了形成的失配位错如何影响铁电的性能，如对极化分布、居里温度、介电常数及极化反转等性能的影响。结果表明界面位错的产生明显的消弱了薄膜的整体铁电性能。　　(4)基于热力学理论及稳定性分析，求解了沉积在有限厚度衬底上铁电薄膜的相变温度的解析表达式。分析表明，通过改变薄膜及衬底厚度的比率可以达到控制铁电薄膜的相变温度的目的。同时，讨论了有限衬底对铁电薄膜相变性能的影响，结果表明衬底厚度的改变不仅影响铁电薄膜的极化及相变温度等性能，也会改变铁电薄膜相变级数。以热力学及弹性力学模型为基础，分析了铁电/顺电复合结构系统的铁电性能及压电弯曲行为。发现通过调节铁电/顺电的厚度比率，可以设计出小电场作用下的大弯曲变形系统。　　(5)根据热力学及弹性力学理论，论文建立了1-3型多重铁性薄膜的自由能模型。考虑铁电相与铁磁相以及多重铁性薄膜与衬底之间的失配应变因素，给出了以组分比率为变量的铁电/铁磁相变温度的解析表达式。另外，考虑多重铁性薄膜的磁电耦合效应，论文建立了梯度多重铁性薄膜的分析模型。通过求解表明梯度多重铁性薄膜不仅拥有非对称电滞回线性能以及热电性能，同时也拥有非对称磁滞回线性能及热磁性能。　　(6)根据Liapunov稳定性理论，建立了稳定性方程，并计算了180o铁电畴稳定状态下的尺寸相图，确定了铁电薄膜中180o铁电畴稳定状态下的最小尺寸以及铁电畴稳定尺寸。预报了铁电薄膜在铁电存储应用方面所能达到的存储容量极限。　　(7)基于Landau-Ginsburg-Davenshire热力学理论，建立了考虑梯度力电耦合效应的自由能模型。研究了由于薄膜内梯度外延应变所引起的薄膜性能的变化。发现通过调节铁电薄膜上、下衬底的类型达到控制铁电薄膜内部极化分布以及铁电薄膜的电荷偏移和热电性能的目的。　　(8)设计了S-H-F系统用于控制铁电棒和铁电纳米棒的相变、极化及介电性能。结果表明通过调解系统的外加应力可以达到人为控制铁电棒相关性能的目的。同时，设计了S-H-C系统，发现通过外加应力控制梯度型铁电棒的极化分布、电荷偏移以及热电参数。在不同的温度及电场条件下，通过调节系统的外加应力使系统的热电性能达到最优化。