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低维钙钛矿结构氧化物,尤其是一维钙钛矿氧化物,因其在铁电非挥发性存储器(FeRAM)、压电纳米发电机和压电纳米传感器等方面的潜在应用而备受关注。开展一维钙钛矿纳米材料的可控制备、微结构与性能的研究对于发现新现象、拓展新应用具有重要的理论意义和实际价值。本文首先简要综述了钙钛矿结构氧化物的结构特点与研究现状,并重点总结和评述了一维钙钛矿铁电氧化物纳米结构的制备及性能研究。在这一方面,实验研究明显滞后于相关的理论研究,其主要原因在于一维钙钛矿铁电氧化物单晶纳米结构的可控制备仍是一个挑战。针对这一问题,本文首次通过高分子辅助水热方法合成出尺寸可控前钙钛矿相PbTiO3(PT)单晶纳米纤维,并通过固态相变获得尺寸可控的钙钛矿相PT单晶纳米纤维；通过高分子辅助水热／溶剂热法合成出Fe掺杂钙钛矿相PT类单晶自组装超结构。通过多种分析测试方法对前钙钛矿、钙钛矿相PT单晶纳米纤维的铁电性及其尺寸效应、Fe掺杂PT自组装超结构的铁磁性等进行了深入的研究；对前钙钛矿相PT单晶纳米纤维的生长模型、固态相变模型展开了讨论。主要研究内容如下：(1)利用高分子辅助水热法,通过调节水热过程中反应物前躯体浓度Pb/Ti的摩尔比值(提高Pb的加入量)成功实现了前钙钛矿相PT单晶纳米纤维的尺寸可控制备。纳米纤维的直径从平均约90nm到15nm,且伴随着尺寸的减小纤维长径比从120减小到40。水热系统中较高的Pb浓度提高了晶体成核量,而前钙钛矿相的大量成核则降低了晶核生长的驱动力,从而限制了晶体的生长,引起尺寸的减小(2)紫外可见吸收谱(UV)和荧光光谱(PL)研究表明前钙钛矿相PT纳米纤维光学带隙约为3.10eV,而PL发光位置为绿光波段(-550nm)和近红外波段(～900nm),且随尺寸无明显变化。其可能的机制是光激发后的电子和空穴分别形成Ti4+和Pb2+相关的自俘获激子(STE)态复合发光,而两个波段发光都没有明显的尺寸效应说明一维柱状的晶体结构起到重要作用。动态接触式静电力显微镜(DC-EFM)研究表明前钙钛矿相PT单晶纳米纤维的铁电性随尺寸的减小而降低。(3)通过前钙钛矿相PT纳米纤维空气中退火处理成功制备了不同尺寸的钙钛矿相PT单晶纳米纤维,其直径范围为85nm至15nm,长径比约为105至37。XRD、差热分析(DTA)、二次谐波(SHG)及压电力显微镜(PFM)等研究表明钙钛矿相PT单晶纳米纤维的铁电性随直径的减小而降低,且平均直径为15nm的纤维中仍然存在铁电性,这一结论在直径为13nm的单根纤维中得到了证实。(4)研究揭示了前钙钛矿结构水热合成实验条件,如矿化剂种类、矿化剂浓度、水热温度、水热时间、添加剂等,对产物物相及形貌的影响规律。利用SEM、HRTEM等手段研究了前钙钛矿相PT单晶纳米纤维的生长过程并提出了可能的取向聚集生长机制：前钙钛矿相PT晶核在PVA中羟基(-OH)的吸附作用下生长为直径约4nm-6nm,长度约50nm-200nm的生长基元,这些基元再通过空间取向聚集的方式生长成为前钙钛矿相PT单晶纳米纤维,取向聚集模型的驱动力可能是晶体的表面能及静电力。(5)利用DTA、XRD、原位TEM等分析方法对前钙钛矿-钙钛矿结构的相变过程展开了深入研究,并提出表面及界面诱导的虚拟熔化-结晶-晶核取向聚集生长的相变模型。前钙钛矿相晶体在表面能及界面上缺陷的驱动下,产生大量虚拟熔化的无序非晶区域,这些无序结构的出现降低了钙钛矿结构形核的动力学势垒并生成钙钛矿相PT晶核,钙钛矿相晶粒通过取向聚集的方式生长为单晶纳米纤维。前钙钛矿-钙钛矿结构相变温度有着随纤维直径的减小而升高的趋势,这可能是由于尺寸的减小降低了虚拟熔化形成的驱动力。(6)以稀磁半导体的掺杂研究为指导,利用高分子辅助水热/溶剂热法成功制备了高度(001)取向的钙钛矿相PT类单晶自组装超结构及Fe掺杂钙钛矿相PT类单晶自组装超结构。利用XRD、SEM、TEM等手段对其进行了表征并研究了PT自组装超结构的生长机制。利用MPMS研究了铁掺杂钙钛矿PT纳米结构的室温铁磁性,并提出大量增加的晶界界面提高了产生铁磁性的F色心交换作用,从而提高了其室温铁磁性。