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含金属芯压电纤维(Metal-Core Piezoelectric Fibers,MPF)的结构细小,可以很容易地埋入到复合材料中而不会对基体结构的强度产生影响;MPF的压电层厚度较大,单根MPF既可以做传感器,也可以作为驱动器产生较大的应变;因此,MPF自从成功制备以来得到了广泛的关注。但是,MPF作为一种新型的压电器件还有许多材料、制备和应用等方面的问题需要解决。本文针对这些问题,从材料、制备及力学问题进行了一系列的研究和探索,主要内容如下:1、MPF的压电材料和制备工艺的研究。本文从MPF的压电陶瓷开始研究,制备了两种分别具有高压电常数和高居里点的压电陶瓷,对压电陶瓷的制备工艺进行了优化,得到了高性能的压电材料,为制备出高性能MPF奠定基础;对制备MPF所用的浆料组成进行了研究,并对金属芯的拉伸速度进行了优化设置,初步拟合出纤维直径与拉伸速度之间的关系,这对MPF的挤出拉伸工艺有重要的参考价值。对MPF的烧结工艺进行系统研究,并从材料本身的角度出发提高MPF的压电性能,而且通过改变MPF的压电材料显著提高了MPF的温度稳定性;2、MPF机电性能表征。成功制备出MPF后,通过MPF的压电方程推导出MPF的振动模型,对其电学性能测试的步骤进行了规范化,研究了现有测量夹具对测量结果的影响,并且提出了无夹持的测量方法作为MPF压电性能测试标准;建立MPF的测试标准后,对MPF的压电性能进行了研究,并且对MPF比其同样压电材料压电片的压电性能要低的现象进行分析和研究,提出了MPF的圆柱状几何结构和极化为MPF压电常数低于其压电陶瓷压电常数的两大主因;3、MPF与Lamb波之间相互作用研究。对MPF基于Lamb波的应用进行了基础研究,建立MPF之间激励和传感Lamb波的理论模型,推导出了MPF之间激励和传感Lamb波的响应电压公式,并对响应电压公式进行了实验验证,研究了MPF的长度对激励和传感Lamb波的影响,以及对多根MPF同时激励Lamb波进行了模拟和实验验证;4、HMPF(Half Coated Metal Core Piezoelectric Fiber)作为仿生学生物纤毛传感器应用中的力学问题研究。最后,对HMPF作为仿生学生物纤毛传感器进行了理论分析,得到了HMPF传感器的响应电压与流体流速和方向之间关系,并进行了实验验证。研究发现HMPF传感器对气流的传感有明显的指向性,响应电压与流体方向的极坐标曲线为典型的“8”字形曲线,还对HMPF传感器的角分辨率进行了研究。