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无铅压电材料由于具有环境友好特性，有望取代已被广泛使用的铅基压电材料，因而备受人们关注。在众多无铅压电材料当中，K0.5Na0.5NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷具有居里温度高、机电耦合系数大、压电常数大等优点，是目前研究最为广泛的、被认为是最有希望取代铅基压电陶瓷的候选材料之一。然而，相对于以Pb(Ti，Zr)O3为代表的铅基压电陶瓷，KNN基无铅压电陶瓷的压电性能相对较低。近年来，KNN基陶瓷的电学性能已有了显著提高，然而，如何进一步提高该类材料的压电性能尤其是机械品质因数，并改善材料性能的温度稳定性，成为此类材料当前亟待解决的问题。
本研究利用Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)、LiSbO3(LS)、NaTaO3(NT)、CuO等组分对KNN陶瓷进行改性，以液相包覆-热反应工艺制备成分、粒径均一的陶瓷粉体，采用固相烧结法制备(1-x)(0.96K0.5Na0.5NbO3-0.04LiSbO3)-xB10.5Na0.5T1O3(KNN-LS-BNTx,0≤x≤0.02)、(1-x)(0.99K0.5Na0.5NbO3-0.01Bi0.5Na0.5T1O3)-xLiSbO3(KNN-BNT-LSx,0≤x≤0.10)、(1-x)(KNN-BNT-LS0.05)-xNaTaO3(KNN-BNT-LS-NTx,0≤x≤0.10)以及KNN-BNT-LS-NTCuOx(0≤x≤2.0)系列压电陶瓷，通过对陶瓷样品进行X射线粉晶衍射分析(XRD)、扫描电镜表征(SEM)以及铁电、介电、压电等性能的检测，研究BNT、LS、NT以及CuO的掺入对KNN基压电陶瓷的晶体结构、微观形貌、铁电、介电、压电性能的影响规律，探讨化学成分、显微结构与性能之间相互作用的机理。
研究采用BNT、LS对KNN进行复合掺杂改性，分析探讨BNT、LS对KNN陶瓷的微观结构与介电、压电性能的影响。研究结果表明，BNT、LS的掺入明显改变了KNN陶瓷的晶体结构，促使陶瓷的居里温度Tc和斜方-四方相变温度TO-T往低温方向移动。在KNN-BNT-LSx体系陶瓷中，当LS的掺入量在3-4mol％时，陶瓷在室温附近存在斜方-四方的多型相变(PPT)；而当LS的掺入量大于6 mol％时，陶瓷中出现了次晶相K3Li2Nb5O15和LiSbO3。在室温附近具有PPT的陶瓷中，其压电性能达到最佳值，当BNT、LS的掺入量分别为0.96mol％、4mol％时，陶瓷的压电常数d33达最大值250pC/N，此时陶瓷的相对自由介电常数ε(?)/ε0为640，介电损耗tanδ为0.031，机电耦合系数kp、kt分别为0.294、0.352，而机械品质因数Qm较小，仅为33.3。
以KNN-BNT-LS陶瓷为基础，通过引入NT组分来提高陶瓷的机电耦合系数与陶瓷性能的温度稳定性，研究NT对陶瓷的晶体结构、微观形貌、铁电、介电、压电性能的影响。结果表明，NT的掺入减弱了KNN基陶瓷晶粒的四方相特征，晶胞参数c、c/a、晶胞体积等值逐渐降低。陶瓷晶粒随NT的掺入明显长大，晶粒堆积紧密，陶瓷的致密度明显提高。随着掺入量x的增大，KNN-BNT-LS-NTx陶瓷的Tc和TO-T往低温方向移动，陶瓷的剩余极化强度Pr明显降低，矫顽场Ec先增大后降低，铁电性能减弱，而陶瓷的介电、压电性能整体呈现先增大后降低的趋势。当NT的掺入量达到6mol％时，陶瓷的TO-T被降低至室温以下，陶瓷的ε(?)/ε0增大到1604，kp、kt提高至0.442、0.426，此时陶瓷的d33、tanδ、Qm、Pr、Ec分别为249pC/N、0.023、51、17.3μC/cm2、16.1kV/cm。
以提高KNN基陶瓷的机械晶质因数并改善陶瓷的综合电学性能为目的，选用CuO对KNN基陶瓷开展掺杂改性研究，研究CuO对陶瓷微观结构与电学性能的影响。结果表明，CuO的掺入逐渐减弱了KNN基陶瓷晶粒的四方相特征，促使陶瓷的相变温度TO-T往高温方向移动，出现四方相向斜方相的转变。在KNN-BNT-LS-NT-CuOx陶瓷中，当CuO的掺入量达到1.5mol％时，陶瓷中出现了次晶相K4CuNb8O23等物质。CuO的掺入促进了陶瓷晶粒的均匀细化，晶粒棱角逐渐消平，晶粒平均粒径减小。随着CuO掺入量的增大，陶瓷的Qm值显著增大，而陶瓷tanδ等值逐渐降低。当CuO的掺入量为1.5mol％时，陶瓷的Qm达到166，tanδ降低至0.0135，此时陶瓷的d33、ε(?)/ε0、kp、kt、Pr、Ec分别为183pC/N、1300、0.404、0.388、11.2μC/cm2、11.2kV/cm，陶瓷的综合电学性能得以改善。