新闻网讯 近期，物理科学学院张永成团队与中国科学院深圳先进技术研究院合作在透明光声/超声换能器设计及其医学成像方面取得系列成果，分别以“Achieving coaxial photoacoustic/ultrasound dual-modality imaging by high-performance Sm: 0.72PMN-0.28PT transparent piezoelectric ceramic”为题发表在Nano Energy 132,110390 (2024)（中科院大类一区），以“Advancement in PMN-PT transparent piezoelectric ceramic for photoacoustic/ultrasound dual-mode imaging”为题发表在Journal of Materiomics,100932(2024)（中科院大类一区）。上述成果物理科学学院硕士研究生为第一作者，物理科学学院张永成、秦亚琳分别为第一通讯作者，青岛大学为第一作者和通讯作者单位，中国科学院深圳先进技术研究院为共同通讯作者单位。另外，该团队还在光声/超声换能器关键材料—透明压电陶瓷方面取得新突破，分别以Enhanced piezoelectricity and temperature stability in La-doped PIN-PMN-PT transparent ceramics by composition regulation为题发表在Appl. Phys. Lett. 125, 242905 (2024)（自然指数期刊），以Signiffcantly enhanced piezoelectric properties in PMN-PT transparent ceramics by Sm/Pr co-doping为题发表在Journal of Alloys and Compounds 1010,177640(2025)（中科院大类二区）。上述成果青岛大学为第一作者和唯一通讯作者单位，物理科学学院硕士研究生为第一作者，物理科学学院张永成、刘建一为共同通讯作者。

光声成像是利用脉冲激光激发生物组织产生超声信号来成像的一种新兴无损检测技术，它结合了光学成像的高对比度和超声成像的高穿透深度的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像。由于光源和超声探测器的多参量可调，光声成像可实现从细胞到生物器官的多尺度成像，在癌症早期筛查、血管内斑块检测、浅表微血流成像等领域展示巨大的应用潜力。超声换能器作为光声成像的关键核心器件，其透明化不仅利于光声共轴、提高光声成像分辨率和灵敏度，还可以大大减小器件尺寸，利于其在内窥镜探头等微型器件中的应用。然而，铁电畴壁及晶粒晶界处的光散射使得制备兼具高压电性和高透明度的陶瓷材料非常困难，制约了高性能透明光声换能器的设计及其在光声成像中的应用。

近年来，物理科学学院积极推进“医理工”多学科交叉融合，在新一代光声成像技术、太赫兹成像精准医疗、静电纺丝快速止血、医用气体传感器等方面取得系列成果。张永成团队从事透明压电陶瓷及应用研究多年，通过稀土元素掺杂改性和烧结工艺优化，率先制备出压电系数大于1400pC/N、未镀增透膜时近红外光透过率达68%（接近理论极限）的二元PMN-PT透明压电陶瓷（ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 54210−54216(2021)；Journal of Alloys and Compounds 1010, 177640(2025)）以及压电系数900-1000pC/N、具有高居里点和高温度稳定性的三元PIN-PMN-PT透明压电陶瓷（Appl. Phys. Lett. 125, 242905 (2024)；ACS Appl. Mater. Interfaces 15, 7053−7062(2023)）。所报道的性能均为该体系的最高值，且远高于其它已报道的铅基和无铅透明压电陶瓷。通过物相结构、显微结构以及铁电畴结构的观察与分析，揭示了其高透明与高压电共存的机理。在此基础上分别与中科院深圳先进技术研究院、上海理工大学合作设计制作了中心频率为16-28MHz的透明光声换能器以及30MHz的高频超声换能器，并基于该体系换能器首次实现了对仿体和活体进行了光声/超声多模态成像。如猪动脉血管的超声成像（Ultrasonic Imaging, 46, 312-319(2024)）、小鼠体内分子探针的超声/光声成像（Nano Energy 132,110390 (2024)），活体小鼠耳朵的皮下微血流的光声成像（Journal of Materiomics,100932(2024)）等。结果表明基于高性能透明压电陶瓷设计的超声/光声换能器的带宽和成像效果得到明显提升，未来有望应用于医学成像和诊断，为人民生命健康保驾护航。

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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110390

https://doi.org/10.1016/j.jmat.2024.100932

https://doi.org/10.1063/5.0243931

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177640