1-3型压电单晶复合材料结合弛豫铁电单晶与复合材料的优势, 具有压电常数高、机电耦合系数极大、声阻抗低等特点, 是理想的高频发射换能器压电元件。基于1-3型压电单晶复合材料设计并研制了高频宽带发射换能器, 根据理论计算分析了压电单晶复合材料的性能特点, 利用有限元建模仿真优化了换能器结构, 研制的1-3型压电单晶复合材料发射换能器在250~410 kHz范围内发送电压起伏不超过3 dB, 工作带宽达到160 kHz, 最大发送电压响应达178.4 dB, 性能大大优于同尺寸结构的1-3型压电陶瓷复合材料高频换能器。运用1-3型压电单晶复合材料制作高频发射换能器可有效拓宽工作频带, 提高水下声发射能力。

基于电卡效应的固态制冷技术, 具有高效、环境友好、轻量、低成本和易于小型化等优点, 是替代传统压缩机制冷的理想技术之一。在施加或去除电场时产生较大极化变化的铁电材料, 则是制备基于电卡效应固态制冷器件的理想材料。近年来, 人类对环境可持续发展的需求, 使无铅块体陶瓷的电卡效应研究成为铁电材料领域的研究热点之一。本文首先回顾电卡效应研究历史上的标志性事件, 随后简要介绍电卡制冷的原理, 提出了在室温附近获得宽温区和大电卡温变的材料设计思路, 之后系统综述了BaTiO₃基、Bi_0.5Na_0.5TiO₃基和K_0.5Na_0.5NbO₃基无铅块体陶瓷电卡效应的研究进展, 重点分析了这三类无铅块体陶瓷电卡效应的独特优势和面临的挑战, 最后对无铅块体陶瓷电卡效应的发展趋势进行了展望。

压电单晶复合材料具有高压电常数、高机电耦合系数和高水声优值的优点, 是制备下一代高性能水声换能器的关键材料。不同类型水声换能器对压电材料的性能要求不同, 如何根据器件的具体应用需求, 对压电单晶复合材料的结构和性能进行设计具有重要的意义。为了能够准确选取压电单晶复合材料中压电相与聚合物相两相材料特性、体积分数、宽高比等参数, 本文提出了一种将解析模型与数值模型相结合的综合设计方法。实验结果证实, 该方法可以准确高效地预测1-3型压电单晶复合材料的振动模态及宏观等效性能参数, 实现以器件性能为指导的压电单晶复合材料设计。