压电材料是一种广泛应用于电子信息领域的重要功能材料。由于铅基压电材料的毒性,近年来对无铅压电材料进行了广泛研究,其中,铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5Nb O₃,KNN)基压电单晶以其较高的压电性能、高居里温度和环境友好型等优点而备受关注。相比于高温熔体晶体生长法,无籽固相晶体生长法具有工艺装备简单、能耗和成本低、元素挥发性减弱,以及生长的KNN晶体压电铁电性能高等优点。虽然采用无籽固相晶体生长法已经能制备出体积较大且性能较好的KNN基压电单晶,但晶体的综合性能还有待于提高,同时晶体的生长机理还不是很明确。因此,本文在制备了（1-x）(99.6K_0.5Na_0.5Nb O₃-0.4Mn Bi O₃)-x Li₂O和99.7(99.6K_0.5Na_0.5Nb O₃-0.4Mn Bi O₃)-0.3B₂O₃系列压电单晶的基础上,对其成分、生长工艺、晶体结构、电畴结构和电学性能的关系进行了系统研究,以期改进晶体的压电介电铁电等综合性能。主要研究内容和创新之处如下:研究了微量Li掺杂对KNN基压电单晶结构和电学性能的影响。研究结果表明:掺入微量的Li₂CO₃具有助熔剂的作用,使生长的晶体成分更均匀且体积更大;同时,掺入一定量的Li能够缓解KNN晶体的晶格失配程度;随着Li掺杂量的逐渐增加,晶体中四方相的含量先增加后减少,当Li掺杂量为0.3at%时达到最多,为25.83%;产生相变的原因可能是由于不同含量的Li掺杂,使得K和Na元素在晶体生长过程中的挥发程度不同,从而产生相变;KNN基晶体的压电常数d₃₃、逆压电常数d^*₃₃和剩余极化强度P_r随着Li掺杂量的增加先增加后减少,在掺杂量为0.2at%-0.3at%时晶体的电学性能最佳,具体为:d₃₃=255 p C/N,d^*₃₃=313 pm/V,介电损耗tanδ=1%和P_r=26.1μC/cm²;Li掺杂对晶体从正交相到四方相的转变温度(T_O-T)的影响很小,但会使晶体的居里温度（T_C）明显增加。研究了B掺杂对KNN基压电单晶结构和压电性能的影响。研究结果表明:B掺杂99.6K_0.5Na_0.5Nb O₃-0.4Mn Bi O₃单晶具有较好的助熔效果,能够促进晶体生长,并且能有效提高单晶的压电性能。研究了空气中退火对99.7(99.6K_0.5Na_0.5Nb O₃-0.4Mn Bi O₃)-0.3B₂O₃单晶的氧空位缺陷、畴结构和电学性能的影响。研究表明:不同的空气退火时间对KNN基晶体的晶体结构几乎没有影响,晶体均为正交相与四方相共存的钙钛矿结构,且正交相与四方相的含量比例大概为:78:22;晶体的压电性能与铁电性能随着退火时间的延长先增加后降低,且在退火时间为8 h时取得最大值,为d₃₃=996 p C/N,d^*₃₃=3000 pm/V和P_r=38.4μC/cm²,居里温度T_C大概为410 ^oC;同时,优化退火时间可有效降低晶体的漏导电流和介电损耗,当退火时间为8 h时,晶体中的氧空位浓度明显降低;通过调控退火时间能够有效改善晶体中电畴的尺寸和结构,从而改善压电铁电性能;通过观察单晶区与陶瓷区的界面可知,无籽固相晶体生长法不仅能够促进陶瓷颗粒重新排列,形成单晶,也能促进铁电畴的重新排列,改善畴结构。通过退火使KNN单晶的电学性能提高的原因可能在于:退火使晶体中的氧空位缺陷浓度降低,并使晶体中的畴结构得到了改善。系统研究了晶体生长降温阶段的冷却速率对99.7(99.6K_0.5Na_0.5Nb O₃-0.4Mn Bi O₃)-0.3B₂O₃单晶的结构和性能的影响。研究结果表明,通过优化降温速率有利于单晶的生长,更易于生长尺寸更大的单晶;当降温速率较低时,晶体表面更平坦,晶体质量较高;在研究范围内,降温速率的改变对单晶的晶体结构的影响较小;当降温速率为2 ^oC/min时,所制备的KNN基压电单晶表现出优异的压电性能,其正压电系数d₃₃达510 p C/N,逆压电系数d^*₃₃达1425 pm/V,同时晶体还具有较低的介电损耗tanδ=0.02,且具有较高的居里温度T_C=416 ^oC,和较高的剩余极化强度P_r=20μC/cm²。