Im Zuge dieser Arbeit wurden mehrere neue experimentelle Aufbauten entwickelt, die automatisch und simultan die piezoelektrischen und dielektrischen Kleinsignaleigenschaften von Ferroelektrika als Funktion der Frequenz, der Temperatur und der uniaxialen mechanischen Last messen. Ferroelektrische und ferroelastische Messungen ermöglichten zusätzlich die Charakterisierung der Großsignaleigenschaften von ferroelektrischen Materialien.

Das Phasenübergangsverhalten von einkristallinem und polykristallinem BaTiO3 wurde zwischen -150 °C und 250 °C in Abhängigkeit von uniaxialen mechanischen Lasten bis -30 MPa (einkristallines BaTiO3) bzw. bis -500 MPa (polykristallines BaTiO3) untersucht. Die Experimente ergaben einen Anstieg des Curie-Punktes und ein Abfallen der Curie-Weiss-Temperatur mit zunehmender mechanischer Spannung. Da der Übergang zwischen ferroelektrischer und paraelektrischer Phase in BaTiO3 ein Phasenübergang erster Ordnung ist, konnte aus dieser Beobachtung geschlussfolgert werden, dass eine mechanische Last zu einer Verstärkung dieser Phasenübergangsordnung führte. Durch die Nutzung von lastabhängigen Koeffizienten in der phänomenologischen Landau-Ginsburg-Devonshire-Theorie konnten sowohl die Veränderung des Charakters des Phasenübergangs vorhergesagt als auch die lastinduzierte Verschiebung des Curie-Punktes qualitativ reproduziert werden. Die Tieftemperatur-Phasenübergänge von BaTiO3 konnten mit Anomalien der temperaturabhängigen ferroelastischen Eigenschaften korreliert werden.

Kommerziell verfügbare, bleihaltige PZT-Zusammensetzungen in weicher und harter ferroelektrischer Modifikation wurden auf ihr last- und temperaturinduziertes Depolarisations- und Phasenübergangsverhalten hin untersucht. Hierzu wurden die Proben mit uniaxialen mechanischen Spannungen bis -300 MPa bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 350 °C (weiches PZT) bzw. 450 °C (hartes PZT) beaufschlagt. Aufgrund der Behinderung von Domänenwandbewegungen durch polare Defekte zeigte das harte PZT einen höheren Widerstand gegenüber lastinduzierter und temperaturinduzierter Depolarisation. Im Vergleich mit weichem PZT ging dies allerdings mit niedrigeren piezoelektrischen Eigenschaften einher. Die Phasenübergangstemperaturen zwischen ferroelektrischer und paraelektrischer Phase stiegen bei beiden Materialien mit zunehmender mechanischer Spannung an. Lastabhängige Messungen des piezoelektrischen Koeffizienten bis zu Druckspannungen von -400 MPa an langsam abgekühlten und an in Luft abgeschreckten Proben zeigten, dass polare Defekte in hartem PZT durch die uniaxiale mechanische Druckspannung möglicherweise neu orientiert werden können. In einkristallinem PIN-PMN-PT ergaben temperatur- und lastabhängige Messungen der piezoelektrischen Eigenschaften eine Stabilisierung der tetragonalen Hochtemperaturphase, was aus der beobachteten Absenkung der Phasenübergangstemperatur zwischen rhomboedrischer und tetragonaler Phase mit ansteigender mechanischer Last geschlossen werden konnte.

Für den Ersatz von bleihaltigen Keramiken in elektronischen Geräten sind bleifreie Materialien, die auf NBT-xBT basieren, von aktuellem Interesse. In dieser Arbeit wurden die piezoelektrischen und dielektrischen Eigenschaften von NBT-3BT, NBT-6BT, NBT-9BT und NBT-12BT als Funktion der Temperatur (bis 400 °C) und der uniaxialen mechanischen Druckspannung (bis -300 MPa) bestimmt. Es konnte für alle Zusammensetzungen festgestellt werden, dass die Eigenschaften oberhalb einer ausreichend großen mechanischen Last herabgesetzt werden. Die größte Lastempfindlichkeit zeigten hierbei die Zusammensetzungen NBT-6BT und NBT-9BT, die sich an der morphotropen Phasengrenze befinden und nach dem elektrischen Polen eine Koexistenz von tetragonaler und rhomboedrischer Struktur aufweisen. Im Rahmen einer detaillierten Untersuchung von NBT-6BT konnte ein lastinduzierter Phasenübergang von der ursprünglichen Relaxorphase in eine ferroelektrische Phase beobachtet werden. Auf Grundlage von lastabhängigen Messungen der dielektrischen Permittivität bis hin zu einer maximalen Druckspannung von -600 MPa bei konstanten Temperaturen zwischen -50 °C und 160 °C konnte ein Druckspannung-Temperatur-Phasendiagramm von NBT-6BT aufgestellt werden. Nach dem elektrischen Hochtemperaturpolen von NBT-xBT Proben, die mit 1 mol% Eisen dotiert waren, konnte eine auffallende, inhomogene Verfärbung festgestellt werden, die vermutlich auf die Migration von Sauerstoffleerstellen zurückzuführen war. Die piezoelektrischen Eigenschaften dieser Materialien waren deutlich geringer als die der undotierten Zusammensetzungen, was mit dem Auftreten von polaren Defekten erklärt werden konnte, die durch das Dotieren mit Eisen entstanden waren. Das zusätzliche Aufbringen einer uniaxialen mechanischen Druckspannung reduzierte die Eigenschaften von NBT-xBT:Fe weiter und führte, wie bei den undotierten Materialien, zu einer Verschiebung der Depolarisationstemperaturen.