压电执行器能够提供快速和超高精度的机械位移,在微电子、光电子、航空航天和精密制造等领域发挥了不可替代的作用。但由于内部结构因素,压电陶瓷的应变存在迟滞（Hysteresis）和非线性。位移变化由于跟不上输入电压的变化产生滞后,从而限制了压电执行器的精度和速度。商业化PZT陶瓷执行器的应变迟滞通常在10%–15%之间。针对以上的问题,本文制备了压电执行器用织构化（1-x）Pb(Mg1/2Nb2/3)O3–xPbTiO3（PMN–x PT）陶瓷,研究了该陶瓷产生应变迟滞的物理机制,并逐步采用了优化组分、掺杂和注入电荷等手段减小应变迟滞和非线性,对调控机制进行了深入的分析。本文主要的研究成果如下:研究了影响模板晶粒取向生长的关键因素,包括模板形貌、B位离子化合价失配和晶粒尺寸。用三种不同的前驱体,钛酸铋(Bi4Ti3O12)、传统钛酸铋钡(BaBi4Ti4O15)和改进的钛酸铋钡(BaBi4Ti4O15)经过原位转化反应制备了BaTiO3模板。其中,改进的钛酸铋钡前驱体的结构更加稳固,使得原位晶体转化反应能很好地复制前驱体的形状,获得了形状规则、尺寸一致的BaTiO3模板,其尺寸大约为10×10×0.5μm。在此基础上,研究了BaTiO3模板和复杂离子钙钛矿Pb(B’1/3B’’2/3)1-xTixO3之间B位离子化合价失配对模板晶粒取向生长的影响。结果显示,Pb(B’1/3B’’2/3)1-xTixO3中+4价Ti4+离子的含量x必须高于等于9%才能在BaTiO3模板表面外延生长。研究了晶粒尺寸对模板晶粒取向生长的影响。结果显示,增大陶瓷的晶粒尺寸能显著地提高织构化陶瓷的LOT（Lotgering）因子,当晶粒直径为20μm时,LOT因子超过了99.5%。研究了织构化PMN–x PT陶瓷的组分对应变迟滞的影响。结果显示,MPB和四方相织构化PMN–x PT陶瓷的应变迟滞分别为24%和50%。而相比于MPB和四方相,三方相织构化PMN–24%PT陶瓷的应变迟滞更低,其仅为9%,大电场压电系数d33*为500 pm/V,且展现出了准线性的应变特性。化学腐蚀和相场分析的结果显示,沿方向极化后织构化PMN–24%PT陶瓷能得到一种稳定的电畴组态,在这种稳定的电畴组态基础上,应变主要是由晶格拉伸贡献的,因而应变的线性度高、迟滞小。在前面的基础上,研究了掺杂不同的氧化物MnCO3、Ga2O3和Sm2O3对织构化PMN–24%PT陶瓷（PMN–24%PT陶瓷）应变迟滞、压电和介电特性的影响。结果显示,掺杂1mol%的MnCO3后,PMN–24%PT陶瓷的应变迟滞从9%减小到了7%,大电场压电系数d33*基本不变。而A位掺杂1mol%的Sm3+离子后,d33*提高为630 pm/V,但应变迟滞有一定升高。高温阻抗谱和强场损耗显示,B位掺杂1mol%的Mn2+离子后,PMN–24%PT陶瓷的电导损耗降低了两个数量级,机械损耗也大大降低。综合分析显示,相比于Ga和Sm元素掺杂,Mn杂质和产生的氧空位能钉扎PMN–24%PT陶瓷内的畴壁,使电畴结构更稳定,因而应变迟滞减小。进一步利用了注入电荷的办法减小PMN–24%PT陶瓷的应变迟滞。分析了注入电荷产生的物理机制,而且铁电相场分析显示,如果注入电荷足够多,内偏置电场能够把PMN–24%PT陶瓷的电畴结构预夹紧,使电畴无法翻转。基于该原理设计了陶瓷/金属/陶瓷的多层串联结构和0–3型金属+陶瓷的复合结构。结果显示,在PMN–24%PT陶瓷中串联金属银能增加注入电荷,增大其产生的内偏置电场。和单层陶瓷相比,多层串联结构的应变迟滞明显减小。制备了0–3型结构的xvol%Pt+PMN–24%PT复合陶瓷,研究了掺入的微米级Pt金属颗粒对PMN–24%PT陶瓷应变迟滞的影响。结果显示,相比于多层串联结构,0–3型结构能大大增加Pt金属和陶瓷的接触面积,增加注入电荷。复合陶瓷展现出了线性的应变特性,其内偏置电场为6.4 kV/cm。掺杂1%Sm的复合陶瓷的内偏置电场为8 kV/cm,为单相陶瓷的5倍,其d33*仍能保持420 pm/V,且应变迟滞近零。综合结果说明,当内偏置电场把电畴结构预夹紧后,外电场只能诱使晶格拉伸,因此应变迟滞近零。最后利用0–3型结构复合陶瓷良好的应变特性制备了叠堆型执行器,证明叠堆型执行器可以很好地实现线性无迟滞的位移输出。