《聲二極體器件的設計、製備與性能最佳化》是依託南京大學，由梁彬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聲二極體器件的設計、製備與性能最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁彬
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聲波是比電更常見的能量載體，若能像電子二極體控制電流一樣實現聲波的整流，其學術意義及套用價值的重要性是顯而易見的。申請人最近率先提出了可產生聲整流效應的聲二極體的理論模型並製造出了第一個示意性樣品，完成了初步的理論設計及實驗研究，但目前尚不了解如何設計與製備出具有實用價值的聲二極體器件，並缺乏有效提高其聲整流效率的方法及手段。本項目基於申請人在聲二極體方面的研究基礎，結合近年來在非線性聲學及聲人工材料兩方面的工作，深入系統的研究複雜聲學系統中的聲二極體效應。通過進一步發展和完善聲二極體理論、並重點開展對聲整流效應的實驗研究，旨在探索聲二極體器件的設計原理、製備技術和性能最佳化方法，並探討聲二極體在聚焦超聲的診斷與治療等關鍵領域中產生套用甚至引起變革的可能性。其成果不僅在聲能量控制研究領域中富含基礎性的學術意義，更有望套用於國防安全及經濟建設等重要領域，蘊含著潛在的經濟價值。
結題摘要
本項目結合在聲二極體研究及聲人工材料研究兩方面的工作基礎，在聲單向傳播這一新興領域中開展理論與實驗研究。通過深入系統的研究複雜聲學系統中聲二極體效應，發展了多種聲二極體器件的設計理論及製備技術，使此類器件的性能得到了顯著最佳化和提高。同時，將聲波單向操控研究拓展到了廣義的聲波操控研究領域，建立了利用聲人工結構對聲波實現特殊操控的理論方法，開發出一系列可使聲波在傳播、散射、反射及折射等方面表現出新穎性質的聲學原理性器件。主要科學創新點包括：(1) 結合聲學人工材料的新奇聲學特性，提出了一系列聲學二極體器件的設計理論及製備方法，並製備了部分原理性的器件，包括：基於聲子晶體的單向聲學波導、基於聲學梯度材料的寬頻不對稱聲學器件、基於近零折射率材料的聲單向稜鏡及單向反射鏡、基於聲學超常表面的聲學單向隧道等。這些工作使聲二極體器件在效率、頻寬及尺寸等方面的性能得到了極大增強，為此類器件原有的效率低下、頻寬受限、波形混亂及路徑阻塞等問題提供了解決方案。並在聲二極體研究的基礎上，提出了可以像電子三極體操控電流般操控聲流的聲三極體理論模型，首次實現了聲波對聲波的操控與放大，提供了聲學邏輯門等新概念器件的實現可能性。(2) 在基於聲學人工材料的聲波波前操控這一新興領域開展了研究工作，提出了一系列具有特殊的波前操控效果的聲學人工材料，並在實驗上製備了部分原理性器件，包括：可將聲波陣面旋轉任意角度的聲場旋轉器、可突破傳統Snell定律的“聲超常表面”、可實現聲波路徑任意操控的虛擬聲勢場、可高效聚焦低頻聲波的平面超薄聲學超材料透鏡、不需要傳統吸聲材料的超寬頻人工材料吸聲體及可消除甚至操控物體散射聲場的聲學隱身和幻象斗篷等。這些工作突破了天然材料聲學性能的局限，極大地拓展了聲學調控的性能。本項目成果不僅在聲能量控制研究領域中富含基礎性的學術意義，更有望套用於國防安全及經濟建設等重要領域，蘊含著潛在的經濟價值。
