研究了常规光刻工艺下单晶薄膜晶圆制备声表面波滤波器的频率分散特性。结果表明，压电单晶薄膜的表面色差是引起频率分散性恶化的根本原因，采用抗反射膜工艺抑制衬底反射以及分区曝光工艺对不同色块进行曝光补偿，均能有效地提高片内频率一致性，频率2 MHz内包含最大器件数量占比，从常规曝光的48.81%提高到抗反射膜工艺的53.57%和分区曝光工艺的70.24%。

面剪切振动模式产生于［011］极化方向zxt-45°切型的压电单晶, 因具有高压电系数、高机械品质因数、高柔顺系数和低串扰效应等优点, 故面剪切模式成为小尺寸、高灵敏度压电传感器的理想选择, 在矢量水听器中有着良好的应用前景。该文通过分析面剪切模式振动原理, 推导了面剪切模式压电加速度计的电压灵敏度表达式。利用有限元分析软件构建面剪切加速度计模型, 研究结构参数对面剪切压电加速度计电压灵敏度和谐振频率的影响规律, 优化结构尺寸, 最终仿真得到面剪切加速度计开路电压灵敏度为389.72 mV/g, 工作频带为20 Hz~3 kHz, 横向灵敏度小于3.45%。研究结果表明, 与传统的剪切式加速度计相比, 所设计的面剪切式加速度计在质量块质量降低50%的同时, 电压灵敏度提高了11.6%, 这为降低水听器的平均密度、提升水声探测性能提供了新思路。

采用无籽晶固相法制备Ta2O5、MnO2掺杂的99.7K0.5Na0.5［Nb(1-x)Tax］O3-0.3BaBiO3无铅压电单晶，研究了Ta、Mn单掺杂和共掺杂对晶体生长、结构和性能的影响。结果表明：适量Ta和Mn共掺杂有利于晶体生长，当加入0.9%(摩尔分数)Ta和0.1% Mn时，单晶表面更为规则和致密，所获晶体最大尺寸可达30.0 mm×9.2 mm×2.6 mm。当固定0.1% Mn掺杂并改变Ta的掺杂量时，Ta掺杂量较高的单晶具有相对高的压电性能；当Ta和Mn分别掺杂为0.9%和0.1%时，所得单晶具有较高的剩余极化强度Pr和压电常数d33，分别为26.96 μC/cm2和227 pC/N。

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。

单晶薄膜声表面波(SAW)滤波器因其低损耗, 低频率温度系数及大带宽而成为高性能SAW滤波器未来发展的方向。针对单晶薄膜衬底反射带来的换能器指条锯齿和均匀性恶化的问题, 该文采用了有机抗反射膜工艺, 通过控制抗反射膜的膜厚将衬底的相对反射率由15.84%降低至1.08%, 制作出整齐无毛刺的叉指换能器指条, 并将SAW谐振器的伯德Q（Bode-Q）值由1 400提升到1 950。

压电扬声器因其压电谐振式工作原理而成为顺应电子设备小型化趋势的研究热点, 但是由于低频性能不突出而限制了其应用。该文为了降低压电扬声器谐振频率, 在分析压电扬声器低频振动原理的基础上, 提出了基于弯曲振动模态的压电单晶切型计算模型, 并通过计算确定了其优化切型; 利用有限元分析法验证了切型对扬声器谐振频率的影响; 制作了扬声器原型器件, 并对其谐振频率进行了测试与分析。结果表明, 该文计算得到的优化切型将压电扬声器的弯曲谐振频率降低了约10%, 证明该文提出的切型判断方法能够有效降低压电扬声器的低频谐振频率。

绝缘体上压电单晶薄膜结构材料(POI)为研制高性能、可集成的声表面波(SAW)器件提供了新的解决途径和方案, 可满足射频(RF)前端在集成化、小型化发展趋势下对新一代压电声学器件的需求。该文介绍了POI的制备工艺技术。总结了基于铌酸锂/钽酸锂-POI(LN/LT-POI)多层结构的高性能SAW器件的最新研究成果, 并展望了其未来的发展。

该文提出了一种双模式压电粘滑驱动器, 通过一个中间固支的压电单晶片和柔性放大机构实现非谐振模式和谐振模式的结合, 使驱动器达到高运动精度和快速响应的目的。通过有限元法获得了合适的柔性放大机构参数, 并分析验证了驱动器双模式工作的可行性。建立了驱动器的动力学模型, 并搭建了试验测试系统。实验结果表明,该压电单晶片驱动的驱动器可实现双模式工作。非谐振模式下, 样机最小步距为0.056 μm, 最大输出负载为1.2 N; 谐振模式下, 样机最大输出速度为12.56 mm/s , 最大输出负载为1.4 N。

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。