手征聲子晶體帶隙調控和旋聲性研究

《手征聲子晶體帶隙調控和旋聲性研究》是依託北京交通大學，由趙寰宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：手征聲子晶體帶隙調控和旋聲性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙寰宇
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

本項目主要從理論和實驗研究彈性波和聲波在手征聲子晶體中傳播基本特性問題。內容包括：首先研究較簡單手征聲子晶體能帶結構、缺陷態和旋聲性等； 在此基礎之上，研究本徵手征體幾何結構、點陣拓撲結構、填充率和材料參數對極化帶隙的影響，揭示帶隙調控機理；開展旋聲性帶來的新物理效應研究，探索彈性波和聲波非對易傳輸問題和極化帶隙帶邊態負折射新效應；進一步針對缺陷手征聲子晶體極化帶隙、數值仿真和本徵模態進行研究，分析缺陷形式和頻帶結構關係；結合上述理論研究與分析，開展相關手征聲子晶體實驗研究工作。該項目研究為這種新型功能材料走向工程套用奠定基礎，如設計具有手征性的濾波器、聲開關、分離器、超透鏡和降噪材料等。

結題摘要

本項目主要從理論和實驗研究了手征聲子晶體的彈性波（或聲波）的波動特性。內容包括：利用有限元法很方便數值計算複雜散射體固/固、固/液（氣）、液/固體系聲子晶體的聲學特性表征參數，包括能帶結構、缺陷態和等頻線等；實驗測試聲子晶體的實驗結果和理論計算結果很好吻合，結果表明：有限元方法可容易、有效和準確計算聲子晶體的聲學表征參數。 然後，使用有限元法研究了二維（三維）手征聲子晶體彈性波（或聲波）的波動特性，分析了手性散射體幾何參數對帶隙的影響；結合帶邊的模態，發展近似等效的彈簧-質量模型，解釋帶隙產生機理，並預測帶隙的邊界值；還進一步研究了晶格點陣結構可以調帶隙頻率範圍，計算結果說明：複式晶格可以降低晶體結構對稱性，打開更多帶隙。 由於手征聲子晶體散射體的複雜幾何參數，這為設計多種形式缺陷提供新的方法；數值計算結果表明，手性散射體的缺陷既可以在帶隙頻率範圍產生波導，又能夠擴大帶隙寬度；製備簡單散射體的複式晶格聲子晶體，實驗測試結果顯示其可以打開兩個頻帶帶隙，並產生聲波局域化和折線形波動，這為設計新型波導器件有重要參考意義。 研究彈性波（或聲波）在手征聲子晶體中傳播，可能會產生新穎的物理現象；對希臘十字孔聲子晶體研究，數值計算結果顯示彈性主要沿多個方向定向傳輸；利用希臘十字鋼/水聲子晶體組建平板透鏡，可以實現聲波聚焦，達到亞波長成像。考慮複式晶格聲子晶格存在多個帶隙，有限元理論數值計算和實驗測試結果比較說明，該晶體從低頻到高頻均存在多個帶隙。進一步數值計算和實驗測試表明：十字孔、U形孔聲子晶體打開多個低頻帶隙。因此，本項目研究為這種周期結構功能材料走向工程套用奠定基礎，如設計具有濾波器、超透鏡和降噪材料等。