当前在海洋资源勘探、开发与利用和海洋环境监测中,离不开大量的水下机电和传感设备的支持。为了保障水下机电设备工作时的实时性、可靠性以及不间断性,需要为其安全、便捷地补充电能,但传统供电方式存在成本高昂、灵活性差、存在安全隐患、受限于充电距离和海水深度等缺点,因此可用于水下设备的无线电能传输技术受到极大关注。超声波因其在海水介质中具有方向性好、传播距离远、声衰减小、无电磁干扰等优点,使得超声无线电能传输技术成为解决水下设备供电问题的有效途径。本论文分别采用切割-填充法和排列-浇注法制备了1-3-2型和1-1-3型压电复合材料,分别探讨了压电陶瓷柱结构参数对1-3-2型复合材料电学性能的影响以及第二相导热材料对1-1-3型复合材料电学和导热性能的影响。结果表明:1-3-2型压电复合材料在100～400 k Hz频率范围内,振动模态纯净,谐振峰单一,厚度模得到显著增强。压电陶瓷柱尺寸的减小有利于增大厚度机电耦合系数,其最大值可达66.64%。因受环氧树脂固化及冷却所产生收缩应力的影响,压电复合材料的压电应变常数与纯陶瓷相比有所增大,随着压电陶瓷体积分数增加,复合材料的压电应变常数逐渐增大,最大值为330p C?N-1,同时相对介电常数也逐渐增大,但压电电压常数和介电损耗呈下降趋势。1-1-3型压电复合材料中,灌封胶的高热导率使得复合材料具有良好的导热性能,且其电导曲线和阻抗相位角曲线平滑纯净,谐振峰单一,厚度方向机电耦合系数可达到70.36%。以1-3-2型压电复合材料为功能元件,通过设计声学匹配层制备了平面水声压电换能器,对换能器的电学和声学性能进行了研究。结果表明:随着钨粉质量分数的增大,声学匹配层声速呈现下降趋势,声阻抗逐渐增大。平面水声压电换能器的谐振峰单一,机电耦合系数可以达到65%以上;发射电压响应峰值随压电陶瓷柱尺寸和压电陶瓷体积分数的增大而逐渐增大,其中采用3 mm×3 mm×7.8 mm陶瓷柱制备的换能器发射电压响应峰值最高,为171.8 d B。所制备的平面换能器水平和垂直方向上的-3 d B开角均为6°左右,满足超声无线电能传输对换能器小波束开角的要求。通过自主搭建的水下超声无线电能传输实验平台探究了负载电阻、输入电压、传输距离和接收换能器对超声无线电能传输系统的输出功率和传输效率的影响。结果表明:用于超声无线电能传输的发射换能器和接收换能器具有相同的谐振频率,可实现声能与电能的高效转换,且接收端的负载电阻应与接收换能器的等效输出阻抗一致,有利于输出功率的最大化;输入电压增大有利于增大系统的输出功率,但由于相位差的存在系统的能量传输效率反而降低;同时,受水介质对声强的衰减影响,系统的输出功率和传输效率会随传输距离的增加而降低。