由铁电纳米颗粒和介电质基体组成的复合材料具有很多功能特性,这些特性可广泛用于新型电子和能量存储装置。然而,铁电颗粒的形状,尺寸和在介电质基体中的取向对这些功能的影响还没有被研究清楚。在本文中,利用了时间相关的Ginzburg-Landau方法和多物理场耦合的有限元方法,来模拟嵌入介电质基体中的孤立Pb Ti O3或Ba Ti O3纳米颗粒中的极化行为。从模拟结果可知,铁电纳米颗粒的尺寸和材料种类,以及周围介电质的材料种类都会对平衡极化场产生影响。对于不同尺寸和材料参数的组合,极化场表现为:单畴,涡旋畴和多畴结构。模拟结果还表明存在一个临界尺寸,低于该尺寸时铁电性消失。对于Pb Ti O3和Ba Ti O3颗粒,该尺寸分别为3.3nm和4.8nm。铁电纳米颗粒的形状采用超椭球体,包括八面体,近似八面体,球体,近似立方体和立方体的几何形状。对于每种形状的铁电颗粒,所研究的半径范围从2nm到18nm。随着颗粒的半径增加,极化场均具有从单畴结构变化到涡旋畴结构,最后到多畴结构的趋势。电畴结构发生变化的临界尺寸与颗粒的形状密切相关:与立方体形状的颗粒相比,八面体形状的颗粒需要在更大的尺寸下才能发生电畴结构的改变。此外,对于适当大小的所有非球体的形状的颗粒,可以观察到多个不同取向的极化涡旋畴结构,他们的顺电核心取向与颗粒点群的旋转轴对齐。颗粒的形状对极化场的涡旋畴结构的亚稳定性具有影响,这为在各种技术应用中控制纳米级的极化开辟了新的途径。然后,本文研究了嵌入介电质基体中的孤立铁电纳米粒子的电场驱动响应和这种响应与铁电纳米颗粒的尺寸,形状和取向的关系。铁电纳米颗粒的形状采用超椭球体,包括八面体,球体和立方体结构,以及一些介于它们中间的几何形状。铁电颗粒和周围介电质基体的材料分别选择钙钛矿Pb Ti O3和Sr Ti O3。在尺寸大到可以在无施加电场下具有支撑畴壁的所有形状的颗粒中,本文观察到极化翻转通过形成中间相来实现;该中间相具有相当大的涡旋量,它由铁电颗粒中的畴壁移动引起的。本文发现系统的矫顽电场Ec和储能效率强烈依赖于铁电颗粒的形状和取向,而对其尺寸大小不敏感。在近似球形的颗粒中,易极化轴方向与电场E方向夹角较大时,可以获得最小的Ec和最高的储存效率。在非球形的颗粒中,易极化轴方向与电场E方向平行时,可以获得最大的Ec和最低的储存效率。这些研究的结果表明了铁电纳米复合材料在各种工程应用中的巨大潜力,包括能量储存,非易失性多位存储器,光电和低功耗电子器件,以及超材料。