微纳操纵技术是一种对微纳物质进行驱动,实现微纳物体可控旋转、聚集、分离、清除、输送等作动功能的技术。声学操纵利用声学物理效应,对微纳物质进行操纵。声学操纵具有成本低,对操纵对象无选择性,无热损伤等优点,在工程应用上前景非常广阔。本课题是基于现有的π型压电超声换能器研究,提出了一种压电驱动的中空圆柱型换能器,实现了对微颗粒的超声操纵,丰富了超声操纵方式,主要研究工作如下:介绍了微纳物质操纵的现有的各种方法及各自的优缺点,其中详细介绍了超声微纳操纵的研究现状,并且阐述了本课题的研究目的,研究路线和创新点。通过实验和理论互相验证的方法,研究了中空圆柱型超声操纵器件驱动硅基板上微颗粒圆环状聚集以及移动的特性和原理。中空圆柱侧壁高频振动时聚集微颗粒,其工作在弯曲模态。此时侧壁下表面附近产生环状的声辐射力场,从而驱动微颗粒克服基板表面摩擦力移动到圆柱侧壁正下方成环状聚集。研究了声辐射力的产生原因,并利用有限元软件COMSOL Multiphysics计算仿真了圆柱型超声换能器与基板之间的声辐射力分布图案,其与实验观察到的颗粒聚集现象一致。同时对基板表面颗粒进行受力分析,验证实验结果的准确性。计算得出,基板表面单个微粒所受驱动力数量级为10^-8N。声辐射力在微粒操纵中起主要作用。