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1、第21卷第1期材料科学与工程学报总第81期Vol121No11JournalofMaterialsScience&EngineeringFeb.2003文章编号:10042793X(2003)0120153204新型声学功能材料———声子晶体赵宏刚,韩小云,温激鸿,王刚(国防科技大学光子/声子晶体研究中心,湖南长沙410073)【摘要】声子晶体是近10年来提出的新概念、新声学功能材料。其在弹性波范围内的带隙结构的研究具有极大的理论和应用价值。声子晶体的研究将会对固体物理学、材料科学、声学等产生深刻
2、的影响,并为我们进行声波控制和振动控制提供全新的思路。本文主要对声子晶体的概念和基本特征、研究发展以及声子晶体的应用前景进行了重点论述。【关键词】声子晶体;带隙;局域态;声学滤波器中图分类号:O735,TB34文献标识码:ANovelAcousticMaterials—PhononicCrystalsZHAOHong2gang,HANXiao2yun,WENJi2hong,WANGGang(PBGResearchCenter,NationalUniversityofDefenseTechnolog
3、y,ChangSha410073,China)【Abstract】Phononiccrystalsarenovelconceptionandacousticmaterialsproposedbeforetenyears.Thestudyofphononicbandgapwillnotonlygiverisetointerestingnewtheory,butalsoopenupvarietyofpossibleapplications.Suchphononiccrystalswillaffectt
4、hede2velopmentofSolidStatePhysics、MaterialsScienceandAcoustic,andwillofferusnewwaysinvibrationandsoundcontrol.Inthispaper,theconcepts、basicfeatures、development、theoreticalmethods、potentialapplicationsandcomingfutureaboutphononiccrystalsaremainlydiscus
5、sed.【Keywords】phononiccrystal;phononicbandgap;localizationstate;acousticalfiter最近10年中,通过对大量的复合材料的理论和实验研[6～12]1引言究,声子晶体已经取得很大的发展,根据声子晶体的带隙特性,可以看出该材料在工程中有着很好的应用前景。近年来,具有一定周期结构的复合材料的能带特性的[2～21]研究越来越受到人们的关注,这是由于这种复合材料2声子晶体的概念和基本特征对经典波(包括光波、电磁波以及超声波和声波等)具有
6、良好的带通和带阻特性,当复合材料的周期尺度与光波、电磁声子晶体的概念是从光子晶体(photoniccrystal)的概念波波长在一个数量级时,由于布拉格散射,电磁波在此介质演绎而来的,两概念的相似之处在于都是模拟天然晶体原中传播时会形成能带结构,这种能带结构叫做光子能带子排列方式,均具有某种周期拓展结构。所以,声子晶体就(photonicband)。光子能带之间出现的带隙,称为光子带隙是具有声子带隙的周期性结构功能材料,它通过材料组分(photonicbandgap,简称PBG),相应的材料体系称
7、为光子晶———散射体弹性常数的周期性调制来实现声子带隙。根据体(photoniccrystal),光子晶体带隙特性的研究已经取得很散射体不同的周期排列形式,声子晶体可以分为一维声子[2～5]大发展并取得一些实际应用;同样的道理,当这种周期晶体、二维声子晶体和三维声子晶体,相应的散射体形态依[9]复合材料的周期尺度与声波或弹性波波长在一个数量级次是层状板、柱体(圆柱或者棱柱)和球形(也可以是方时,声波或者弹性波在该周期性弹性介质结构中传播时也体)等。当前,研究声子晶体的主要目的和意义有两点:会形成能
8、带结构,能带之间出现的带隙称为声子带隙(pho2①丰富物理学。把各向异性介质中波的散射和局域现nonicbandgap),相应的这种复合材料称为声子晶体(phonon2象在经典波中统一起来,表现为尽可能把光波段的一些性iccrystal)。质在声波段复现出来。收稿日期:2002208201;修订日期:2002209215基金项目:本课题属国家973资助项目.作者简介:赵宏刚(1977—),国防科大硕士,主要从事声子晶体的研究和带隙特性测试工作.·154·材料科学与工程学报2003年
