二维钨-硅声子晶体表面波特性研究

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1、中图分类号：O422.4密级：公开UDC：530本校编号：硕士学位论文论文题目：二维钨-硅声子晶体表面波特性研究研究生姓名：李正伟学号：02130514学校指导教师姓名：孙小伟职称：教授申请学位等级：理学硕士学位专业：声学论文提交日期：2016.04论文答辩日期：2016.06硕士学位论文二维钨-硅声子晶体表面波特性研究InvestigationoftheSurfaceAcousticWavePropertiesfor2DW/SiPhononicCrystals作者姓名：李正伟学科、专业：声学研究方向：声子晶体和声学超构材料学号：02130514指导教

2、师：孙小伟完成日期：2016.06.03兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权兰州交通大学可以将学

3、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日兰州交通大学硕士学位论文摘要声子晶体是由至少两种材料构成的具有弹性波带隙和周期性结构的复合材料。声波在声子晶体中传播的过程中，一些频率的声波会被抑制，从而形成了声子带隙。声子晶体及其相关理论的提出，为研发性能更为优越的声表面波器件提供了新思路.科学技术的突飞猛进，传统的材料已经远远不能满足人们的要求，

4、具有特殊性能的复合材料的出现，在很大程度上缓解了这一矛盾。本学位论文着重从材料参数（杨氏模量、剪切模量以及密度）和外界环境（温度）两个方面入手，分析了二维钨-硅声子晶体能带结构的影响因素。应用平面波展开法计算了二维钨-硅声子晶体的能带结构，发现在结构函数一定的情况下，提高散射体的填充率，声子晶体的带隙不断变宽，达到峰值后，锐减为零。虚拟材料参数分析了其对二维固-固声子晶体能带结构的影响，研究发现：当散射体的剪切模量小于基体时，在填充率较低的情况下依然能够出现带隙，且随着填充率的增加，能带不断变宽，但总体上，所形成的声子晶体带隙较窄；而当散射体的剪切模量

5、大于基体时，该声子晶体只有在较高填充率的情况下出现能带，且该能带较宽。密度对声子晶体能带结构的影响则恰恰相反，当散射体的密度小于基体时，在填充率非常高的情况下才能出现带隙，而当散射体的密度大于基体时，即使在填充率的很低的情况下依然能够出现能带结构。与前两者相比，杨氏模量的变化对二维固-固声子晶体能带结构的影响不是很明显，在散射体的密度和剪切模量与基体的非常接近时，即使让散射体与基体的杨氏模量之间相差三十个数量级，也不会出现声子晶体带隙。因此，得出了影响二维钨-硅声子晶体能带结构的主要因素是材料的密度和剪切模量，而杨氏模量对声子晶体的影响极小。结构函数和

6、材料参数固然是决定二维声子晶体能带结构的主要因素，然而外界环境对声子晶体能带结构的影响也不可小觑。本论文通过分析温度变化对基体硅的相关参数的作用，进而推出温度对二维钨-硅声子晶体能带结构的影响。发现了随着温度的增加，声子晶体的能带结构具有向低频移动的倾向，并且能带宽度也变得越来越窄。最后，应用有限元方法分析了包覆层对二维钨-硅声子晶体能带结构的影响，研究发现，包覆层的声速对弹性波在二维钨-硅声子晶体表面传播的影响极大，当声子晶体包覆层的声速大于声子晶体基体声速时，施加在该声子晶体表面的激励耗散在包覆层中，该激励很难进入到声子晶体中；当声子晶体的包覆层声

7、速小于构成该声子晶体基体的声速时，声波在声子晶体表面具有良好的传递性能.-I-二维钨-硅声子晶体表面波特性研究关键词：声子晶体；能带结构；声表面波论文类型：基础研究-II-兰州交通大学硕士学位论文AbstractPhononiccrystalsarecompositematerialswhichconsistsoftwoormanykindsofmaterials.Phononiccrystalshaveowntheelasticwavebandgapsandperiodicstructures.Duringacousticwavepropagatio

8、n,somefrequentacousticwavewillbesuppressedandfo