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以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3（简称PMN-PT或PMNT）作为代表的弛豫铁电单晶，因其准同型相界(MPB)附近具有超高的压电性能和机电耦合性能而得到广泛深入的研究，在高性能超声换能器领域中具有巨大的应用前景。然而，PMNT单晶较低的三方-四方相变温度和较低的矫顽场限制了其应用范围。近几年来，一种三元系弛豫铁电单晶xPb(In1/2Nb1/2)O3-yPb(Mg1/3Nb2/3)O3-zPbTiO3单晶（简称PIN-PMN-PT或PIMNT单晶）引起了铁电研究领域和压电应用领域的又一广泛关注，PIMNT单晶不仅具有和PMNT单晶相当的高压电性能，同时其居里温度和三方-四方相变温度以及矫顽场都得到了一定程度的提高，拓宽了弛豫铁电单晶的应用温度范围，可以有效避免单晶在使用过程中因温度或电压过高而引起的退极化现象，是一种更具有应用前景的新型压电材料。本论文围绕PIMNT单晶在医用超声换能器中的应用展开研究，主要内容如下:
首先根据PIMNT单晶的三元相图，协助生长了组分为PIMNT35/35/30单晶，系统研究表征了其介电、铁电性能，其三方-四方相变温度Trt和居里温度Tc分别提高到120℃和188℃，相比PMNT分别提高了30℃和50℃;其矫顽场提高到了5.85kV/cm，大约是PMNT单晶的两倍。显著增强了弛豫铁电单晶的温度稳定性和电场稳定性，非常适合于医用超声换能器的使用;
系统研究了PIMNT单晶厚度剪切模式的压电性能，[111]方向极化的晶体沿[1(1)0]驱动可以获得最佳的剪切压电性能，即最佳切型为[111]L/[1(1)0]H，其k15、d15、g15分别为96.4％、5966 pC/N、0.047 Vm/N，且在105℃范围内性能保持稳定。
根据医用线阵和相控阵换能器的工作原理，系统研究了PIMNT单晶高度振动模式的压电性能及其振动模式耦合特性，确定了主面为[001]方向的PIMNT单晶沿[100]方向切割可以获得纯净的高度振动模式以及最大的机电耦合系数。判定振子宽高比G＜0.7可以获得纯的高度振动模式;G＞6可以获得较纯的厚度振动模式;此外，当1＜G＜3时，高度振动、横向振动、厚度振动耦合在一起，出现多频特性，适合于制备多频线阵探头。
采用改进的切割-填充法，制各了基于PIMNT单晶的2-2型和1-3型压电复合材料，有效避免了制备过程中晶柱脆裂的现象，获得了大尺寸、高性能的复合材料，其kt＞84％，d33～1200 pC/N,Z～20MRayls。
基于优化的PIMNT单晶及其复合材料压电振子，研制了多种医用超声换能器，包括:2MHz经颅多普勒探头，64阵元PIMNT单晶相控阵探头，聚焦型线阵探头，高频线阵探头等。其中2MHz经颅多普勒探头和64阵元PIMNT单晶相控阵探头相比PZT陶瓷探头都有显著的提高，充分显示了PIMNT单晶材料在医用超声换能器领域的巨大优势。