带隙原位可调型固固二维声子晶体研究

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1、国防科学技术大学研究生院学位论文摘要在人工带隙材料(光子／声子晶体)的研究中，带隙调控已成为一个新的热点和重要方向。在声予晶体领域中，已可实现固／液体系的带隙调控，而固，固型声子晶体的带隙原位调控更具理论和实际意义，目前尚无相关研究报道。本文基于形状记1亿合金(SMA)在发生马氏体相变前后弹性模量发生显著变化的原理，提出了通过外加激励实现固／固型声子晶体带隙原位调控的新概念。以SMA／环氧树脂体系二维声子晶体为研究对象，采用平面波展开法对SMA相变前后两种状态下声子晶体的能带结构进行了大量数值计算，结果表明：最低完全带隙的宽度的变化和位置在S

2、MA相变前后可发生明显变化，与相变前(马氏体状态)相比，相变后(奥氏体状态)的带隙中心频率一般向低频方向移动，带隙宽度随填充分数、点阵结构的不同有可能增加，也有可能减小。在特定的结构参数下还可以发生从无到有的变化，即在SMA发生相变以前的马氏体状态下无带隙，而发生相变以后的奥氏体状态下出现带隙，从而实现对带隙的“开关”调控作用，研究了填充分数对带隙调控效果的影响。对于正方点阵和正三角点阵，填充分数对带隙调控的影响较大。在填充分数较小时，带隙中心频率的变化幅度较大，但带隙宽度的变化幅度较小，在填充分数较大时，情况正相反。对于六方点阵，其变化规律

3、与正方点阵和正三角点阵完全不同，随着填充分数的增加，带隙宽度的变化幅度呈增长趋势，但增长不大，且均为负值；带隙的中心频率的变化幅度较大。探讨了点阵结构对带隙调控效果的影响。结果表明点阵结构对带隙调控的影响较大。随着填充分数的增大，正方点阵和iE--角点阵对带隙宽度的调节幅度变化趋势基本相同，尤其户40％以后，奥氏体状态的带隙宽度大于马氏体状态下的带隙宽度；六方点阵排列下，任一填充分数，奥氏体状态的带隙宽度小于马氏体状态。对于带隙中心频率的调节则正相反，六方点阵对带隙中心频率的调节幅度最大，优于其他两种点阵结构。比较了截面为圆形、正方形和正方形

4、旋转45。的三种填充物单元对带隙宽度和带隙中心频率的调节幅度，发现三者之间仅有细微的差别，说明填充物单元的形状对带隙调控的影响不大。从大量的分析结果可以看出对带隙中心频率调节效果较好的参数所对应的正是对带隙宽度调节较差的参数，因此，为了在两方面都达到良好的效果，就需要综合考虑，选择国防科学技术大学研究生院学位论文合适的结构参数。通过实验验证了带隙可调控的可行性。比较同一声子晶体在室温和高温两种状态下的测试结果可以看出，在SMA发生马氏体相变前后，该声子晶体的能带结构的确发生了变化，奥氏体状态下的带隙宽度比马氏体状态下的宽，且带隙中心频率向低频

5、方向移动，这与通过数值计算得出的结论基本相同，由此可以说明，通过温度变化来调控声子晶体的带隙结构是可行的。通过测试结果和理论计算结果之间的比较，发现二者之间存在一定的差异，对其原因进行了分析讨论，认为可以通过改进制备工艺、调整材料性能参数等方法减小实际样品测试与理论计算之间的差异，促进带隙原位可调型声子晶体的深入研究。关键词：声子晶体，形状记忆合金，马氏体相变，带隙可调控，结构参数第ii页国防科学技术大学研究生院学位论文ABSTRACTPhononiccrystalwithtunableband—gapisanoveldirectionint

6、hestudyofthephononiccrystal．Inthispaper,thenewconceptofsolid／solidtwo—dimensionalphononiecrystalwithtunableband—gapusingthechangeoftheelasticmodulusbeforeandafterthemartensitephasechangeoftheshapememoryalloywasputforward．EnumerateenergybandstructureoftheXYmodeandtheZmodeoft

7、heSMA／epoxyresinsysteminthetwodifferentstate．Numericalresultsshowedthatthechangeofthelowestcompletebandgapscomposedofthechangeofthewidthandthecenterfrequencyofthebandgap，insomespecialstructureparameter,itcouldetakeansimilareffectof‘‘on-off’，thatis，therewasnobandgapinthemart

8、ensitestate，butafterthephasechange，thebandgapappeared，accordinglyconfinedthepassof