多铁材料由于其在多功能器件方面的应用价值,近年来被广泛的研究。然而,由于已知的单相多铁材料稀少,在寻找新的铁电材料过程中,Ca₃Ti₂O₇吸引了众多研究者的关注。Ca₃Ti₂O₇是一种双层钙钛矿结构氧化物,由于其铁电结构的特殊性以及在应用领域的价值,受到了广泛的关注。在本文的研究工作中,我们采用固相反应法成功的制备了Na⁺离子掺杂的Ca_3-xNa_xTi₂O₇（x=0,0.15）陶瓷及Sm³⁺离子掺杂的Ca_3-xSm_xTi₂O₇（x=0,0.06,0.12）陶瓷样品,并且对样品的晶体结构、铁电性、电学特性、光学带隙等性质进行了系统的研究。首先,我们选择碱金属元素离子Na⁺作为掺杂离子替代Ca²⁺离子,采用固相反应法制备出了Ca_3-xNa_xTi₂O₇（x=0,0.15）陶瓷样品。实验结果表明,在Na⁺掺杂之后Ti-O键长减小,Ti-O₁-Ti键角有所增加,Na⁺掺杂对其氧八面体畸变有一定调制作用,实验证实了Ca₃Ti₂O₇的非本征铁电性。在对样品进行铁电性分析时,我们有了两个新发现:一是样品的矫顽场在Na⁺掺杂之后由120k V/cm显著地减小至50k V/cm,二是样品中出现了一个可翻转二极管效应。XPS测试结果显示样品中氧空位含量在Na⁺掺杂之后有所上升。我们认为氧空位在这两个现象中起了关键作用,由于样品中氧空位含量的增加,一个更小的电场就可以实现铁电畴翻转。而在外加电场及偶极子的作用下,载流子重新排布并在样品内形成p-n结结构导致了可翻转二极管效应的产生。受氧空位影响,样品漏电流值也有所提高。在Na⁺掺杂之后样品光学带隙降低,根据第一性原理计算的结果,该现象被归因于Na⁺离子掺杂后在Ca₃Ti₂O₇价带顶形成了一个更狭长的尾端。其次,我们选择稀土元素离子Sm³⁺作为掺杂物去替代Ca²⁺,采用固相反应法制备出了Ca_3-xSm_xTi₂O₇（x=0,0.06,0.12）陶瓷样品。实验结果表明,衍射峰向低角度移动,Sm³⁺离子被成功地掺入Ca₃Ti₂O₇样品中。样品的漏电流值随着掺杂量的增加而减小,XPS结果显示Sm³⁺掺杂后样品氧空位含量有所减小,进而导致了漏电流的减小。我们还分析了氧空位对样品电子结构的影响,第一性原理计算结果显示,氧空位能够影响Ca₃Ti₂O₇电子结构并在样品内形成杂质能级从而减小样品的带隙。