《三維光子晶體微/宏結構可控制造方法及其性能研究》是依託西安交通大學，由李滌塵擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：三維光子晶體微/宏結構可控制造方法及其性能研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：李滌塵
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光子晶體具有控制光子傳播的功能。這一特性決定了其在通訊、雷射器、軍事等方面有著廣泛的套用。光子晶體的性能與光子晶體結構、介質的連通性、介電常數有關。光子晶體的結構/材料/外形的多樣性和複雜性，使得製造具有完全光子帶隙的光子晶體成為一項巨大的挑戰。三維光子晶體製造更是成為其發展的瓶頸。本項目以光固化快速成形製造方法為基礎，研究多介質材料、變周期結構的三維光子晶體可控制造方法；研究微結構與材料對光子晶體電磁波特性的作用規律；研究光子晶體的電磁波性能方向性的可控設計製造研究；探索麵向微波器件的微組織與宏結構的設計製造一體化方法。通過認識光子晶體微觀結構與器件巨觀結構在性能匹配上的原理，建立從光子晶體向器件設計製造的集成方法，充分發揮快速成形製造技術在三維製造方面的優勢，研究光子晶體的新功能，推動光子晶體向器件和套用方面的發展，面向產業需求尋找光子晶體設計和製造的新方法。
結題摘要
光子（聲子）晶體能夠控制波的傳播。光子晶體的性能取決於光子晶體微/巨觀結構、介質材料特性等因素。光子晶體的結構/材料/外形的多樣性和複雜性，使得製造具有特定微波特性的光子晶體成為一項巨大的挑戰。三維光子晶體製造更是器件發展的瓶頸。 本項目採用光固化成形、光固化負型、雷射直接燒結等方法，實現了複雜結構三維光子晶體的快速製造。製備了固相含量50vol%，粘度為1340mPa∙s的水基陶瓷漿料；採用冷凍乾燥的方法降低陶瓷坯體三個方向收縮率至低於2%；經冷凍乾燥後的光固化陶瓷坯體在1400℃焙燒，所得陶瓷零件具有達到28.62MPa抗彎強度；長度和寬度方向收縮率低於0.6%，高度方向低於1.4%。 微結構與材料特性對光子晶體電磁波傳輸特性有顯著影響。在三維光子晶體中引入缺陷態，發現多個缺陷腔體平行耦合能產生多諧振峰。材料性能和結構參數對光子晶體負折射性能的影響規律。研究發現：隨著圓柱半徑變化率的增加，負折射發生的頻帶中心頻率向低頻偏移，頻頻寬度逐漸增加；認識了各參數對光子晶體負折射性能的影響規律，為負折射特性光子晶體的主動設計和製造奠定了基礎。 三維光子晶體用作微波天線基板可提高天線增益。研究發現光子晶體基板在禁帶區間對入射能量反射和疊加能提高天線的增益，將偶極子天線傳輸能力提高3.2倍；光子晶體基板天線中引入缺陷腔後，與普通金剛石結構相比，輻射能力可提高1.25倍。這為發展高靈敏度微小型信號接收器提供新途徑。 超材料尺度的光子晶體可用來控制電磁波的傳播方向。設計了具有空間漸變結構的各向同性三維光子晶體全介質超材料，可實現具有複雜外部表面及內部結構的新穎電磁波器件，採用快速成形工藝，完成了複雜結構器件的一體化製造。利用該方法，實現了微波頻段的寬頻隱身地毯，並首次實現了自由空間的三維電磁“黑洞”。該技術為發展無線能量傳輸和結構隱身提供的技術基礎。 研究了聲子晶體的物理特性、設計方法、製造工藝，及其在能量回收方面的套用。所設計的聲子晶體能量回收裝置可以收集360-800Hz頻率範圍的振動能，對比試驗表明，在510Hz的正弦激勵下，橡膠塊產生的電壓量僅為0.1mV，而帶缺陷聲子晶體產生電壓量的幅值為42.1mV，為橡膠塊的421倍。該研究為發展高效機械能量回收提供了新方法。
