近日，我院巴雁远老师在MEMS声学领域SCI二区期刊《Ultrasonics》上发表题为“Design, fabrication, and characterization of a novel cantilever-based PMUT incorporating a central spring-like folded beam with enhanced transmission performance for air applications”的研究论文。河南师范大学为第一单位，巴雁远老师为第一作者兼通讯作者，硕士生李一鸣为学生第一作者。该研究工作获得了河南省自然科学基金青年项目、河南省科技攻关计划项目以及河南省高等学校重点科研项目的支持。
压电微机械超声换能器（PMUT）凭借其微型化、低功耗和易于驱动的优点，已成为空气中超声测距应用领域传统压电陶瓷换能器的可行替代方案。然而，由于微机电系统制造工艺中固有的残余应力，PMUT的传输性能显著下降，这极大地限制了其在空气中应用时的检测范围和精度。为解决此问题，本研究提出了一种新颖的基于悬臂梁的PMUT设计，该设计在振膜对角线方向引入微缝以形成四个三角形悬臂梁。此外，受弹簧启发，在悬臂梁末端设计了一种灵活的弹簧折叠梁结构，通过低刚度机械耦合实现悬臂的协同振动。该设计显著降低了振膜刚度，充分释放了残余应力，并增强了PMUT的机械响应。实验结果表明，在1 VPP（-5 V偏置）的低驱动电压下，新型PMUT在其73.67 kHz的共振频率处实现了16,752 nm的高共振位移，相较于传统PMUT的4,823 nm位移，提高了10,951 nm。在10厘米空气距离上，该器件产生了4.8 Pa的高声压，相当于107.6 dB（参考声压2 × 10−5 Pa），比传统PMUT高出约6.86 dB。新型PMUT的接收灵敏度达到0.85 mV/Pa，比传统PMUT提高了0.63 mV/Pa。
此设计显著提升了PMUT的传输性能，在高精度空气测距应用中展现出巨大潜力。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ultras.2026.107978
（文 巴雁远）