高频医用超声成像技术因其高空间分辨率而被广泛应用于人体组织的精细结构观察, 其中高频超声换能器的核心材料是1-3型压电复合材料。采用软模板法直接烧结了锆钛酸铅(PZT)压电微柱阵列, 进而制备PZT/环氧1-3型压电复合材料, 并对其进行了微观结构观察和电学性能表征。材料微观结构完整, 机电耦合系数达到0.64。采用此复合材料制备了中心频率为20 MHz的高频超声换能器。采用脉冲回波法对换能器进行了性能和声场测试, 并利用其对人体皮肤进行了超声成像, 换能器的插入损耗、带宽分别为13.1 dB和84.2%。结果表明, 软模法制备的1-3型压电复合材料能使高频超声换能器兼具低插入损耗和大带宽, 这为高性能高频医用超声换能器提供了一种低成本、高效率的商业化制备方法。

随着我国科技水平的飞速发展，激光惯性导航系统的精度要求越来越高。采用工业级原材料，通过固相合成法制备了铌锑-铌镍-锆钛酸铅(PSN-PNN-PZT)四元系大应变压电陶瓷材料，讨论了不同含量Sr对PSN-PNN-PZT压电陶瓷材料介电性能、压电性能的影响。结果表明：当Sr含量为1%(摩尔分数)、n(Zr)/n(Ti)=43/57(摩尔比)时，PSN-PNN-PZT组成位于准同型相界附近，压电陶瓷性能较优，获得了一种相对介电常数εT33/ε0、机电耦合系数kp、压电常数d33、介电损耗tan δ、居里温度Tc分别为4 090、0.664、686 pC/N、0.016 5及213 ℃的大应变压电陶瓷材料；基于该材料配方制备的24 mm×5 mm×0.4 mm压电陶瓷圆环，在100 V的驱动电压下产生的应变量能达到2.500 5 μm，较现有的PZT-14(P14)材料提升32.4%，能应用于高精度激光陀螺稳频器中，提高压电陶瓷微位移驱动器的可靠性。

Pb(Zr1-xTix)O3 (PZT)由于具有优异的综合性能而成为应用最广泛的压电陶瓷。之前研究工作证明了与直流极化(DCP)和交流极化(ACP)相比, 采用交流极化和直流极化相结合的方法能进一步提高弛豫铁电单晶材料的压电性能。本工作报道了直流极化、交流极化和交流极化+直流极化后PZT-4压电陶瓷的介电性能和压电性能, 探究了直流极化、交流极化和交流极化+直流极化的最佳极化条件。在最佳交流极化+直流极化条件下, PZT-4 压电陶瓷的压电常数(d33)为350 pC/N, 相比直流极化(305 pC/N)、交流极化(320 pC/N)分别提高了15%和9%。交流极化后的PZT-4陶瓷样品的应变值(0.08%)高于进行直流极化样品的(应变值0.05%), 表明交流极化可以有效提高PZT-4陶瓷的应变值, 但是交流极化后应变曲线的滞后增大不利于器件应用, 交流极化对硬性压电陶瓷的影响还需要进一步探讨。

本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, PMN-PZT)压电陶瓷, 研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律, 得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时, 压电常数d33=611 pC/N, 机电耦合系数kp=0.68, 介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数εr=2 650, 居里温度TC=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能, 在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%, 显示出其大应变材料的特征。结果表明, Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能, 有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。

弛豫铁电单晶Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3(PIN-PT)相较于常用的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)具有更高的居里温度, 在高稳定性、高性能的传感器、换能器方面具有应用前景。本工作采用谐振法研究了［001］方向极化的0.66PIN-0.34PT铁电单晶的全矩阵机电性能参数。0.66PIN-0.34PT 单晶的三方-四方相变温度(TRT)约为160 ℃, 居里温度(TC)约为260 ℃, 室温压电系数d33、d31、d15分别为1 340 pC/N、-780 pC/N、321 pC/N, 介电常数εT33、εS33、εT11、εS11分别为2 700、905、2 210、1 927, 机电耦合系数 k33、k31、k15、kt分别为 87%、58%、38%、61%。其纵向压电常数(d33)和纵向机电耦合系数(k33)小于 PMN-PT 单晶, 但是横向压电性能(d31)和剪切压电性能(d15)都略高于PMN-PT单晶。另外, 研究了机电耦合性能随温度的变化趋势, 发现0.66PIN-0.34PT单晶在150 ℃以下有较好的温度稳定性。