声子晶体概述

《声子晶体概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、声子晶体概述XXX院（系）：理学院专业：应用化学学　　号：1100700203指导教师：韩喜江2013年3月题目声子晶体　　　　　专业应用化学学　　号110070020X学生XXX指导教师韩喜江摘要声子晶体就是弹性常数在空间呈周期性排列的人工晶体。声子晶体是由弹性固体周期排列在另一种固体或流体介质中形成的一种新型功能材料。通过类比光子晶体，人们发现弹性波在周期弹性复合介质中传播时，也会产生类似于光子带隙的弹性波带隙，从而提出了声子晶体的概念。由于声子晶体具有禁带、缺陷态等特性使得它在减振、降噪、声学器件等方面有着潜在的应用前景。关键词：声子；声子晶体；减振；降噪

2、。一、声子概念的提出◆1883年，Floquet关于一维Mathieus方程的研究，首次考虑了周期结构中波的传播。◆1887年，Rayleigh率先研究了连续周期结构中波的传播特性，指出结构中存在无波传播的频带。◆1953年，Brillouin对波在周期介质中的传播特性进行了系统深入的研究。◆1992年，M.MSigalas,E.N.Econnmou首次从理论上证实了三维周期点阵结构中弹性波带隙的存在性。◆1993年，M.S.Kushwaha研究二维周期介质时首次明确提出声子晶体的概念。◆2000年9月，Science刊登了刘正猷提出的声子晶体的局域共振带隙机理

3、。二、声子晶体的特性由于声子晶体具有弹性波带隙，它具有这样的性质：、减缓波速效应、声聚焦、弹性波定向、超准直、沿缺陷传播、声吸收、等效的负刚度、负密度、负折射率、和光子的相互作用、声致热导率减小、反常多普勒效应等特性。因此声子晶体多用于减振、降噪、声学器件方面。声子晶体和我们平时接触的晶体是不一样的，声子晶体是多种弹性介电材料组成的周期性结构，研究对象是弹性波在晶体中的传播，波动是一种弹性波（电磁波），声子晶体的晶格是0.1到1um，它的特征是弹性波（光子）带隙和缺陷表面态；而平时我们接触的晶体多为电子晶体，是一种结晶体，其研究对象是其电子的运输行为，波动为德布

4、罗意波，晶格为0.1到0.5nm，其特征是电子带隙、缺陷态和表面态。三、声子晶体在应用在减振方面，利用声子晶体的禁带特性，可以为高精密机械加工系统提供一定频率范围内的无振动工作环境。在降噪方面，利用声子晶体的禁带特性，有可能设计和制造出一种全新的降噪材料。这种材料既可以在噪声的传播过程中被隔离，又可以在噪声源处予以制。根据局域共振机理，如果声子晶体低频禁带的编织技巧能够突破，声子晶体将的消声瓦、声纳等方面有着广阔的应用前景。正是由于缺陷态的存在，人们可以设计出新型的高效率、低能耗的声学滤波器，也可以设计出具有高聚焦特性、低能耗的声学透镜等1、减振方面的发展情况据

5、声子晶体带隙的基本性质——当声波(弹性波)的频率处于禁带范围内时,声波(弹性波)及振动是不允许通过的。由此设计和制造出一种基于这种新理论的隔音隔振材料。特别是在常规阻尼材料所不能发挥效能的范围之应用尤为引人注意。如大量的理论计算已表明,我们可以为超精加工、精密仪器等在一定频率范围内提供无振动的环境,这样就可能为高精尖装备和仪器制造出关键性核心器件,达到其特殊的精度要求。由于三维周期性复合材料的力学性能，可以得到显著改善，因此既适用于结构件(如板、梁、壳)，也适用于传动构件(如机器人手臂、高速连杆机构、齿轮)。实际工程中，许多结构（如磁悬浮列车的承载导轨、多跨距桥

6、梁、船舶工程或航天工程、立体车库）中，广泛应用的加筋板及栅格结构、卫星及太空站使用的大型柔性空间结构等，均具有共同特点———周期性。这些结构一般是由一些相同结构单元以相同方式连接而成的。声子晶体是传统周期结构中的一种特殊类别，因此可以结合和利用声子晶体的相关理论，通过合理设计周期结构的几何参数和材料参数，从而在一定频率范围内抑制结构振动的传播，并降低由振动引起的声辐射，对提高结构的工作性能及抗疲劳能力具有重要意义。弹性薄板广泛应用于航空航天、造船、土建和化工等工业。因而研究存在振动带隙的弹性薄板型声子晶体，将会有广泛的应用前景[1]。在汽车减振降噪技术方面，实践

7、证明由发动机振动经发动机悬置、副车架、车身纵梁传至车身顶棚造成的中低频噪声(30～400Hz)，仍然是当前车内噪声控制的一个难题。顶棚是车内的主要振动板件，通过抑制顶棚的振动可以很好地解决车内中低频振动噪声问题。顶棚振动主要由发动机的二阶和高阶振动引起，频率覆盖范围较宽，因此设计的声子晶体应该具有起始频率低且带隙较宽的特性[2]。复合结构的声子晶体对顶棚振动的传递起到了一定的衰减作用，并将顶棚的声辐射水平从１５４．８ｄＢ降低到１５０．１ｄＢ，降低了将近５ｄＢ。将声子晶体按周期结构排列，且分布在靠近振源的位置更有利于其发挥减振降噪的作用在整车顶棚上加声子晶体后，顶

8、棚上一点在大多数频率的振