超声成像技术具有无创、实时、方便、经济等优点,被广泛的应用于医学成像领域之中。目前常规超声设备工作频率多为低频,且分辨率不高,在眼科、血管内超声成像等领域应用中有诸多限制。具有更高分辨率的新型医学高频超声技术迅速发展,对工作频率在20 MHz至80 MHz的高频超声换能器具有迫切需求,因此对超声换能器性能起关键性的作用的压电材料的制备研究意义重大。本论文中通过目前无铅体系中综合性能最优的(K_xNa_1-x)NbO₃（KNN）单晶材料进行性能调控,制备出高压电性能无铅压电单晶元件与工作频率高达50 MHz的高频超声换能器;为了克服传统制备压电复合材料方法的弊端,采用光刻-深反应离子刻蚀微纳加工方法制备基于高性能弛豫铁电单晶0.5 mol%MnO₂-0.3Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.3PbTiO₃（Mn:PIMNT）的深刻蚀结构,探索其工艺参数以及调控方法。主要研究内容及结果如下:为了获得环境友好型且具有高压电性能的无铅压电材料,本论文采用Mn离子掺杂以及极化、退火等工艺对KNN单晶进行性能调控。通过XRD、升温拉曼以及压电力显微镜结构测试发现0.5 mol%MnO₂-(K_0.44Na_0.56)NbO₃（Mn:KNN）压电单晶为纯的钙钛矿结构,室温下为正交相,因此选用（001）方向的Mn:KNN压电单晶进行介电、压电、铁电等宏观电学性能测试研究;研究发现Mn:KNN单晶材料具有高压电系数300 pC/N,高机电耦合系数64%以及较高的居里温度（T_C=415°C）,制备出厚度为50μm的Mn:KNN压电单晶元件。基于制备出的高性能Mn:KNN压电单晶元件,用PiezoCAD软件仿真模拟工作频率在50 MHz的高频超声换能器,根据仿真模拟结果进行制备,再通过脉冲回波法测试制备出的Mn:KNN无铅压电单晶高频超声换能器,超声换能器的中心频率、频率范围、脉冲波长及双向插入损耗分别为51.8 MHz,33.84⁶9.91MHz,186 ns,-91.2 dB,实验结果与理论模拟吻合度较高。换能器带宽高达到70.2%,较现有传统的无铅压电材料超声换能器带宽提升近30%。使用制备的高频超声换能器进行了小动物心动脉血管内成像测试,成像效果较好,表现出其在医学超声成像领域中有极好的应用前景。采用高压电性能的Mn:PIMNT单晶并通过光刻-深反应离子刻蚀微纳加工技术克服传统切割-填充法制备1-3复合材料由于刀锋宽度等原因导致换能器工作频率难以突破20 MHz的弊端,制备出面向高频超声医学超声成像需求的1-3复合材料的深刻蚀结构,垂直度可达85°,刻蚀深度在20μm左右,并得到了包括光刻、电镀、深刻蚀等关键工艺的具体参数与调控规律。本论文通过对KNN基无铅压电单晶进行性能调控,制备出高压电性能的Mn:KNN无铅压电单晶元件,仿真模拟并实际制备出工作频率高达50 MHz的高频环境友好型的医用超声换能器;为了克服传统方法制备1-3复合材料的弊端,采用光刻-深反应离子刻蚀微纳加工技术结合高压电性能的Mn:PIMNT单晶制备1-3复合压电材料。为我国发展新一代高频医学超声技术发展以及高性能的高频阵列型医学超声换能器提供关键功能材料与技术支撑。