科学研究应坚持“四个面向”,其中面向人民生命健康的指导思想指出要把全民健康摆在优先发展的战略地位。因此,与“健康中国”相关的研究具有重大意义。超声在疾病治疗和诊断中发挥着重要作用,而超声医疗最核心的超声换能器普遍采用基于压电效应的电驱动器件,它存在复杂的电连接、电磁干扰等问题。最近,基于光声效应的光致超声换能器被广泛关注,它具有无电连接、抗电磁干扰等特点。光致超声换能器主要由光吸收材料和聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合而成,光吸收材料完成光-热转化,PDMS完成热-声转化;它具有药物递送、神经刺激、组织成像等潜在应用。然而光致超声换能器,在提高能量转化效率和频率方面还存在挑战,而超声强度影响超声治疗的效果,超声频率决定超声诊断的分辨率。鉴于此,本文在理论分析和实验的基础上,对光致超声换能器光吸收材料的选择、热声理论、结构设计、能量转化效率的提高、频率调控及超声治疗和诊断的应用展开了研究。首先,为了确定光吸收材料热学性能对光致超声换能器声压特性的影响,研究了光吸收材料碳纳米管（CNTs）的尺寸对其热学性能及光致超声换能器声压特性的影响。CNTs的长度通过影响声子平均自由程影响热导率,导致CNTs的热导率随长度的变长而增加,最后收敛于固定的值;CNTs的声子群速受直径影响,导致热导率与直径近似成反比。实验和理论分析表明,制备高能量转换效率的光致超声换能器应选择长度较长（20-30μm）、直径较短（～5 nm）的CNTs,因其具有更好的热学性能,能有效的改善CNTs与PDMS之间的热传输效率。其次,为了解决高强度超声换能器在治疗应用中容易损坏的问题,研究了聚焦型自修复光致超声换能器的声学自愈性能及超声治疗的应用。该换能器产生了超过50MPa的高强度声压,实现了对动物血栓的体外溶解。这种超声换能器被损伤后可自愈,实验发现经过10次损伤和修复,换能器的峰值声压可恢复至初始值的92.3%,中心频率基本保持2.5 MHz,这对延长器件使用寿命和抗疲劳特性有重要意义。接着,为了对光致超声换能器的频率进行调控,设计了热导率各向异性的CNTs阵列-PDMS复合光致超声换能器。理论分析表明光致超声换能器的频率与厚度近似成反比,采用感应耦合等离子刻蚀（ICPE）技术将换能器的厚度从200μm刻蚀至18μm,中心频率从3 MHz增加到20.2 MHz,实现了对换能器频率的调控,并进行了仿体的超声成像。最后,为了进一步提高高频光致超声换能器的能量转化效率,本文利用具有高光吸收、低比热容和热扩散系数的钙钛矿MAPb I3作为光吸收材料,研究了PDMS/MAPb I3/PDMS/Glass层状结构光致超声换能器的频率特性、能量转化效率及超声成像的应用。该换能器的中心频率高达29.2 MHz,能量转换效率为2.97×10-2,这是现有报道的最高值。研究发现:MAPb I3良好的光学、热学性能可改善换能器的能量转化效率;MAPb I3层在保证光吸收的前提下,厚度薄至323 nm,可改善换能器的热传输和频率特性;换能器层状结构改善了换能器输出声压的强度。最后,在多模光纤上制备了MAPb I3/PDMS复合光致超声换能器,搭建了全光型超声成像系统,实现了鱼眼切面的高分辨率超声成像。