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水下远程探测的需求推动了低频大功率水声换能器的发展。水声换能器综合性能的突破根本上取决于功能材料及其相匹配的换能器技术的突破。论文首次将基于结构相变换能机理的具有低介电损耗、大应变和高能量密度等特性的新型PLZST反铁电相变陶瓷引入水声换能器领域作为功能材料开展系统研究，探索实现低频大功率水声换能器的技术途径。
首先，阐明了反铁电相变陶瓷的结构相变换能机理，针对作为水声换能器应用的功能材料，通过材料与换能器的互动研究，在原有Pb(Zr，Sn，Ti)O3(简称PZST)材料基础上相继开发出适于水声换能器应用的三利-典型的新型低介电损耗PbLa(Zr，Sn，Ti)O3(简称PLZST)反铁电相变陶瓷材料(PLZST-1、PLZST-2、PLZST-3)。研究了这三种材料的电致应变性能在直流偏置电场、压力场和温度场等多种外场作用下的变化规律，结合材料及相应换能器的应用研究，对其电致应变性能不断改性优化。
其次，根据广义高阶压电理论和声学理论，讨论了反铁电相变陶瓷的非线性机电耦合问题，在一定电场范围内和直流偏置电场条件下可对PLZST反铁电相变陶瓷的材料参数进行近似线性等效化处理，得到了类似传统压电方程的近似线性电致伸缩方程，进而给出一种解决非线性反铁电相变陶瓷换能器电声转换问题的分析方法。
为了验证新型PLZST反铁电相变陶瓷材料用于水声换能器研制的可行性，开展了基于PLZST-1反铁电相变陶瓷的纵振复合棒水声换能器的研究工作。通过模拟计算与实验测试，证实了新型低介电损耗PLZST反铁电相变陶瓷材料用于水声换能器研制是可行的。同时，指出由于该材料存在一定的电滞损耗，而较适合于低频段工作。结合典型的Ⅳ型弯张换能器结构形式，通过理论分析和实验，系统研究了反铁电相变陶瓷低频发射换能器的工作原理、计算建模、结构优化以及实际应用中的诸多问题。根据优化分析结果，基于PLZST-2反铁电相变陶瓷，研制了700Hz反铁电相变陶瓷Ⅳ型弯张换能器实验样品。湖试结果表明，与同结构尺寸的压电陶瓷换能器相比，其发射电压响应高出3dB以上，为141.2dB，声源级达到191.7dB以上，优质因子具有一定优势，为58W/(kg·kHz)。
最后，在对PLZST-1和PLZST-2两种材料改性优化基础上获得了电致应变性能更具综合性优势——PLZST-3材料，据此研制了1.1kHz反铁电相变陶瓷Ⅳ型弯张换能器实验样品。湖试结果表明，与同结构尺寸的压电陶瓷换能器相比，其发射电压响应高出3dB，为129.5dB，声源级高出9dB以上，达到186dB以上，优质因子高出8倍以上，达到78W/(kg·kHz)，材料的大应变和高能量密度等特性得到有效发挥，这也证明了材料改性优化原则的正确性。新型低介电损耗PLZST反铁电相变陶瓷材料应用于低频大功率发射换能器研制具有显著优势，此种新型换能器具有高发射电压响应、高声源级和功率-重量比大等优良工作性能。