郑曙光，徐 卓

（西安交通大学电子陶瓷与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049）

0 引 言

医疗超声诊断系统相对于其他影像设备，价格低廉、无创、实时，其临床应用范围越来越广。超声换能器是其核心关键部件，主要类型是压电型换能器。压电材料的性能决定了换能器的性能参数，如带宽、灵敏度等，从而决定了超声图像的质量。锆钛酸铅Pb（Zr1-xTix）O3（PZT）陶瓷及其复合材料是主流的压电材料，其纵向压电常数d33和机电耦合系数k33约为500 pC·N-1和0.7。铁电单晶材料，拥有较好的压电性能和较高的介电常数，d33＞1 500 pC·N-1，k33约为0.9，可以显著提高医学超声成像系统的图像质量[1]，适合换能器的高性能化和超声系统小型化的发展需求[2]。

近年来，国内外研究团队在铁电单晶的理论研究、晶体生长上取得了突破性成就，给超声换能器带来了新的发展机遇。在本文中，概述了近年来一些团队在铁电单晶上的研究进展，总结了国内研究机构和超声企业在铁电单晶换能器产业化上的现状和前景。

1 铁电单晶的新突破

铁电单晶压电性能的研究进程如图1所示[3]。大尺寸的铁电单晶一般分为三代。第一代是二元系的如（1-x）Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-xPbTiO3（PMN-PT）等单晶，由美国宾州州立大学的Park等[4]在1997年合成，开启了铁电单晶商用化的序幕，其居里温度低，应用受到了限制。第二代铁电单晶是三元系的单晶，如Pb（In1/2Nb1/2）O3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PIN-PMN-PT）具有相对较高的居里温度Tc、相变温度Trt和矫顽场强Ec，增强了温度和电场稳定性[5]，这大大扩展了铁电单晶在高温和高功率场合的应用。为进一步提高性能、稳定性和一致性，发展出了第三代铁电单晶：各种掺杂改性的PMN-PT单晶[6]。……