| 评审组： | 基础研究组 | | 项目名称： | MEMS超声换能器的多物理场耦合理论与性能调控机制 |
| 提名等级： | 一等奖 |
| 提名专家意见： | - 姓名：郑海荣
工作单位：南京大学
技术职称：教授
学科专业：数理科学
提名专家意见：MEMS超声换能器是支撑新一代微型化、智能化、高分辨超声检测技术的基础元器件。该项目针对“MEMS超声换能器的多物理场耦合机理与性能调控机制”这一科学问题，建立了微尺度下高精度机电声多场耦合理论与性能解析方法，提出静电刚度软化效应、互辐射阻抗抑制、声学匹配与声场调控协同封装的性能调控机制，构筑了从MEMS超声换能器多场耦合机理解析、结构设计到声学封装的理论体系。项目解决了多场耦合机理不明、大规模阵列性能预测难、多性能协同提升机制匮乏等难题，揭示了多场能量转化机理、寄生/声串扰效应影响及关键性能变化规律，填补了理论空白；促进了电容、压电和柔性三大系列共10余种高性能MEMS超声换能器芯片的成功研制，核心指标达到国际先进水平，解决了航空航天装备、人体健康监测等领域的原位无损/无创检测难题。相关成果在Science 子刊等期刊上发表SCI论文44篇、授权发明专利32项；获陕西省优秀博士学位论文、中国仪器仪表学会优秀博士论文提名奖及上银优秀机械博士论文佳作奖；培养国家级高层次及青年人才共3人，获中国青年科技奖特别奖等多项荣誉。提名该项目为陕西省自然科学奖一等奖。
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| 项目简介： | 
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| 客观评价： | 
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| 代表性论文专著目录： | 
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| 主要完成人情况： | - 姓名：赵立波
排名：1
行政职务：执行院长
技术职称：教授
工作单位：西安交通大学
完成项目时所在单位：西安交通大学
对本项目主要学术贡献：项目主要负责人，是科学发现1、2、3的核心贡献者，规划了项目研究技术路线，提出电容和压电式MEMS超声换能器机电声多场耦合模型与等效电路模型建模思路。基于经典薄板理论和压电本构方程，利用类比法，构建了圆形和环形薄板压电式超声换能器单元及阵列等效电路模型，揭示了单元分布、间距等参数对阵列声串扰和灵敏度的影响规律；提出了基于环形电极的单元结构设计方法以及基于谐振腔的声串扰抑制机制及阵列设计方法，利用静电软化效应和阵列声阻抗调控实现单元及阵列性能提升。（附件1~6）
- 姓名：李支康
排名：2
行政职务：副所长
技术职称：教授
工作单位：西安交通大学
完成项目时所在单位：西安交通大学
对本项目主要学术贡献：项目主要完成人，是科学发现1、2、3的核心贡献者，开展了CMUTs机电耦合力学行为及结构设计方法研究，建立了局部静电力展开法和伽辽金法的机电耦合非线性静力学降阶新模型，创建了复杂工况条件下不同膜形状CMUTs系列静力学性能参数高精度显式解析式，实现塌陷电压、薄板变形等高精度分析；提出能量等效和局部静电力展开法的CMUTs机电耦合非线性动力学行为解析新方法，构建复杂条件下圆形薄板CMUTs动力学性能参数显式解析式，揭示静电力及多负载作用下CMUTs频率、振幅等变化规律；提出基于静电软化效应的T型空腔CMUTs结构设计方法，实现发射声压、接收灵敏度等多性能协同提升。（附件1~6）
- 姓名：赵一鹤
排名：3
行政职务：无
技术职称：讲师
工作单位：西安交通大学
完成项目时所在单位：西安交通大学
对本项目主要学术贡献：项目主要完成人，是科学发现2、3的核心贡献者，开展了电容式MEMS超声换能器（CMUTs）机电声多场等效电路模型及结构设计方法研究，引入寄生电参数（寄生电容、电感、阻抗等）影响，利用类比法，建立了CMUTs单元及阵列高精度新型等效电路模型，构建了声阻抗、声压、灵敏度等性能参数解析式，揭示了CMUTs机电声多场能量耦合传递机理，以及寄生电参数对CMUTs阻抗、相位、电导等电学特性、薄板振动速度及位移等机械特性和声场特性的影响规律，实现了电、声等参数的精确分析；提出基于静电-压电混合驱动的CMUTs结构设计方法，实现发射声压、收发灵敏度等多性能协同提升。（附件1,6）
- 姓名：李杰
排名：4
行政职务：智能科学与技术专业主任
技术职称：副教授
工作单位：陕西科技大学
完成项目时所在单位：陕西科技大学
对本项目主要学术贡献：项目主要完成人，是科学发现2、3的核心贡献者，开展了方形薄板电容式MEMS超声换能器（CMUTs）机电耦合动力学行为研究，利用伽辽金法和双余弦函数构建了静电力、残余应力等负载作用下CMUTs机电耦合非线性动力学降阶模型，推导了谐振频率动力学性能参数解析式，实现了静电力和残余应力等负载作用下方形薄板CMUTs谐振频率的高精度分析；引入材料各向异性、多层复合薄板等复杂工况条件，建立了各向异性层合薄板CMUTs动力学模型和谐振频率等性能参数解析表达式，实现了复杂工况条件下CMUTs谐振频率和振动特性等力学性能参数的准确分析。（附件1）
- 姓名：李敏
排名：5
行政职务：无
技术职称：副教授
工作单位：西安交通大学
完成项目时所在单位：西安交通大学
对本项目主要学术贡献：项目主要完成人，是科学发现3的核心贡献者，发明了基于RTV615/Al2O3声阻抗匹配材料、自粘附凝胶的声透镜聚焦封装方法，有效提升MEMS超声换能器芯片机电耦合系数、带宽、聚焦深度以及声压，为MEMS超声换能器的性能调控提供了科学依据。（附件4）
- 姓名：罗国希
排名：6
行政职务：副系主任
技术职称：教授
工作单位：西安交通大学
完成项目时所在单位：西安交通大学
对本项目主要学术贡献：项目主要完成人，是科学发现3的核心贡献者，开展了压电式MEMS超声换能器阵列声串扰抑制机制及结构设计研究，提出环形-圆形薄板耦合PMUTs和反相激励的阵列声串扰调控方法，从而实现阵列声串扰的有效抑制和阵列发射声压的显著提升。该方法为MEMS超声传感器阵列设计与优化提供了理论依据。（附件1~5）
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| 主要完成单位： | - 单位名称：西安交通大学
单位贡献：在本研究成果的申报过程中，西安交通大学提供了宝贵的支持和资源。学校先进的精密微纳制造技术全国重点实验室为MEMS超声换能器的理论建模、设计和制造提供了实验平台。西安交通大学丰富的学术资源，如图书馆和在线数据库，也为获取最新研究成果提供了便利。
- 单位名称：陕西科技大学
单位贡献：陕西科技大学对本成果做出了很多贡献，首先，单位为本成果参与人设立校级项目，提供了一定的资金作为支持；其次，单位为本成果中芯片性能测试部分提供了部分设备支持；再次，单位为本成果相关课题的申报、争取及结项等工作做出一定的贡献；最后，单位为本成果的参评提供了咨询、指导及其他相关工作服务。
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| 完成人合作关系说明： | 完成人合作关系说明：1
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