超声显像诊断技术是一种重要的无损安检测技术,具有安全、高效等优势,在医学领域其与X射线成像、核磁共振成像、计算机体层扫并称为四大医学成像诊断技术。单基元压电超声换能器在医学超声系统中发挥重要作用,其发展趋势是高性能、高应用温度、高频率,对具有高压电常数、高机电耦合性能和高居里温度的压电材料提出迫切需求。铌镁酸铅-钛酸铅Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（简称PMN-PT）单晶是压电性能最为优异的新型压电材料之一,压电常数d₃₃与机电耦合系数k₃₃分别达2500 pC/N和94%,铌镁酸铅-铪酸铅-钛酸铅0.15Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.38PbHfO₃-0.47Pb TiO₃（简称PMN-PH-PT）压电陶瓷具有高居里温度和压电性能,本论文针对这些新型压电材料,研究其压电性能调控方法,制备高性能、高频率、高应用温度的新型单基元超声换能器,主要内容如下。采用高压电性能的PMN-0.3PT弛豫铁电单晶压电晶体,与环氧树脂构建1-3复合压电材料,使用COMSOL多物理场耦合软件,建立了PMN-PT单晶/环氧树脂1-3压电复合材料的有限元模型和性能仿真方法,并通过改进后的切割填充法制备得到了高性能、高频率的PMN-PT单晶/环氧树脂1-3复合压电材料,其厚度伸缩振动模式谐振频率达到47.53 MHz,机电耦合系数k_t高于67.3%。建立了高性能、高频PMN-PT单晶/环氧树脂1-3压电复合材料超声换能器的模型,采用KLM等效电路模型与声传输线理论设计和优化了背衬层、压电复合材料元件、前匹配层的声阻抗与匹配厚度参数,并优化了匹配层制备、背衬层制备、匹配层减薄等换能器制备工艺。采用E-Solder 3022背衬,采用聚对二甲苯作为前匹配层,制备出了面向无损检测以及医学高频超声应用的高性能、高工作频率、大带宽单基元压电超声换能器,其中心频率达到42.5 MHz,-6 dB带宽高达90.6%,插入损耗仅为16 dB,发射灵敏度为314m V/V。通过超声声场测试仪表征分析了超声换能器在去泡水中的声学信息分布,其焦距为2.3 mm,-3 dB声束宽度为0.38 mm×0.42 mm,超声输出功率为4.4×10^-3m W。该单基元超声换能器的高灵敏度、大带宽、高工作频率、优异的声学特性,表明切割填充法制备的PMN-PT单晶/环氧树脂1-3压电复合超声换能器在无损检测、高频超声电子学、生物医学等领域具有重要的应用价值。表征分析了0.15PMN-0.38PH-0.47PT压电陶瓷的介电常数ε、压电常数d₃₃和居里温度T_c分别达到1968、447 pC/N和297℃,发现了该压电陶瓷在常温下的厚度伸缩振动模式的机电耦合系数高达56.9%,且从室温至200℃较宽的温度范围内保持稳定,是一种具有高压电性能、高应用温度特性的压电材料。采用PiezoCAD软件设计了基于PMN-PH-PT压电陶瓷的单基元超声换能器,仿真分析了其工作频率、带宽与灵敏度特性,利用高居里温度PMN-PH-PT压电陶瓷作为压电振子,优化匹配层、背衬层等制备工艺,制备出厚度伸缩模式的单阵元压电超声换能器。该超声换能器中心频率为2.15 MHz,-6 dB带宽达到79.07%,插入损耗为-31.75 dB。表征了该换能器在三维空间的声场分布,其焦距约为47 mm,-3 dB的声束宽度为3.5 mm×3.6 mm,声束面积为9.83 mm²,超声输出功率为17.98 m W,其高压电性能表明了基于该压电陶瓷,有望制备出具有高性能、高应用温度服役特性的新型无损检测超声换能器。