在超声成像系统中,超声换能器的性能决定了超声成像质量。PMN-PT压电单晶具有优异的压电常数、夹持介电常数以及机电耦合系数,适合制备高灵敏度高分辨率宽带微型高频超声换能器。但PMN-PT单晶的居里温度和矫顽力场低,限制其高温高压应用。此外,PMN-PT单晶声阻抗与生物组织之间声阻抗差异较大,能量传输损失严重。针对PMN-PT单晶存在的缺点,本文对高性能压电单晶超声换能器进行深入研究。本文介绍了压电材料和超声换能器的基础知识。通过介绍压电效应和压电方程,压电振子等效电路,压电材料类型和压电体参数,了解了压电材料的工作机理和性能;通过介绍换能器结构组成,换能器参数和测试方法,了解了换能器的结构和性能,阐述了压电材料性能与换能器性能之间的联系。针对PMN-PT矫顽力场和居里温度低的缺点,本文设计制备了 Mn掺杂PIN-PMN-PT高频超声换能器,完成了材料表征,PiezoCAD模拟设计,换能器工艺制备和测试等工作。结果表明,Mn的掺杂和PIN系的引入提升了压电材料的矫顽力场(4.5KV/cm)和居里温度(>160℃),其制备42.5MHz超声换能器具有优异的灵敏度(2.178V)、有效机电耦合系数(0.56)和插入损耗(-20.5dB)。针对PMN-PT声阻抗较高的缺点,本文设计制备了 2-2复合PMN-PT基超声换能器,完成了 Comsol模拟设计、复合材料制备,PiezoCAD模拟设计,换能器工艺制备和测试等工作。研究表明,2-2复合PMN-PT基压电材料的声阻抗(24.79MRay1)得到降低,机电耦合系数(0.59)得到提高,其制备8.75MHz2-2复合PMN-PT基超声换能器具有良好的灵敏度(0.374V)和-6dB频率带宽(35.54%)。