压电单晶PMNT制备及新一代医用超声换能器

  罗豪甦，博士，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博士生导师。现任国际晶体联合会晶体生长与材料表征理事会理事、中国硅酸盐学会晶体生长与材料分会理事会副理事长、中国硅酸盐学会理事、中国晶体学会理事会理事、中国物理学会电介质专业委员会委员、上海市航天与遥感协会材料与器件专业委员会主任。他主要是做铁电单晶和器件的研究，发表SCI论文700余篇，相关研究获上海市自然科学奖一等奖、国家技术发明奖二等奖、全国优秀科技工作人员、中国电介质物理杰出贡献奖。他开创了从高温熔体中直接生长大尺寸高质量弛豫铁电单晶的方法。在国际上率先采用改进Bridgman方法生长出了大尺寸高质量PMNT单晶，从而开启了国际上大规模基于弛豫铁电单晶（PMNT、PIMNT、Mn:PMNT等）的、超高成像质量的医用超声诊断设备等新一代压电器件的产业应用进程。他发现了弛豫铁电单晶多功能特性，不仅仅具备高压电性能，还具备优秀能力的电光性能和热释电性能；确认了极化偏转过程中PMN-PT单晶的多层次结构变化与极化偏转路径；首次提出了Mn掺杂的偶极缺陷模型，揭示了Mn掺杂降低晶体介电损耗机制，并利用交流极化后处理方法将PMNT单晶压电性能大幅度提高了59%，实现了PMNT单晶的可控制备。他研制出具有国际领先水平的磁电型弱磁传感器（灵敏度0.8 pT/√Hz@1 Hz，比禁运磁通门高出5倍，功耗仅为其2%），南海标准化海试根据结果得出新原理磁场传感器在海洋磁探测中的广泛应用前景；研制出具有国际领先水平的热释电红外探测器（探测率2.1 × 10⁹ cm√Hz/W，比国外高端LiTaO探测器提高6倍），在此基础上发展出了高灵敏度NDIR气体探测探测方法，实现了VOCs等多种气体的在线监测应用；与国内企业合作发展出了具有完全自主知识产权的压电单晶、超声换能器、高端医疗超声成像设备的产业链条，研发出了具有国际领先水平的、基于弛豫铁电单晶的国产高端单晶超声换能器（相控阵、大凸阵等）产品系列。

  压电单晶PMNT不仅仅具备非常大的压电响应和机电耦合系数，而且还具有比传统PZT压电陶瓷高出10倍以上的场致应变性能，被认为是研发下一代高性能换能器的重要压电材料，在超声成像、水声换能器、惯性传感器、高应变驱动器以及能量收集方面具有广泛的应用前景。中国科学院上海硅酸盐研究所罗豪甦研究团队在国际上率先利用Bridgman方法生长出了大尺寸、高质量PMNT等弛豫铁电单晶，对制备技术、微观结构和性能调控开展了深入的研究工作，并努力推动压电单晶PMNT在医用超声换能器方面的应用发展。本课程全面介绍压电单晶PMNT材料、制备技术和性能研究，讲解基于压电单晶PMNT的新一代医用超声换能器及发展前途。