一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構，本發(fā)明所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，二維晶格單元由相互平行的鈦酸鍶鋇柱體及缺陷鈦酸鍶鋇柱體在環(huán)氧基樹脂中按二維晶格排列；二維晶格單元的鈦酸鍶鋇柱體至少五層，二維晶格的晶格常數a為1～10cm；所述的二維聲子晶體結構由一種或幾種密度不同的多層單元疊加組成，本發(fā)明獲得缺陷態(tài)的二維聲子晶體結構不需要改變柱體幾何形狀或其材料性質，只需簡單的溫度調節(jié)溫度敏材料鈦酸鍶鋇，即可獲得缺陷態(tài)，并且缺陷態(tài)頻率位置會隨缺陷溫度連續(xù)變化；其制作工藝簡單，可設計性強。
【專利說明】一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構。
【背景技術】
[0002]人們在光子晶體的研究方面已取得了重大進展，鑒于聲子晶體與光子晶體的類比性，近十幾年來，聲子晶體逐漸成為了新的研究熱點。聲子晶體的一個重要特征是其聲波帶隙，即在該帶隙頻率范圍內彈性波(聲波)不能通過聲子晶體。人們進一步研究又發(fā)現，如果在具有周期性結構的聲子晶體中引入缺陷，則可能在原本不允許聲波通過的帶隙(或禁帶)中出現聲子能帶，稱之為缺陷能帶，對應的狀態(tài)稱為缺陷態(tài)，這使得聲子晶體具有廣闊的實際應用前景，比如，我們可以根據這一新思想和新理論設計和制造出一種獲得某種特定頻率缺陷帶的材料。聲子晶體材料可望在環(huán)保、建筑及精密儀器制造等領域得到廣泛應用。
[0003]目前聲子晶體中引入缺陷的方法通常是:改變材料、散射體形狀和方位、晶格結構、填充率等。本方法通過改變散射體的溫度使其產生缺陷態(tài)，此方法對制備技術要求相對較低。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案為:
本發(fā)明提供的一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構，
所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第一鈦酸鍶鋇柱體2及第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3在環(huán)氧基樹脂中按二維晶格排列；所述第一鈦酸鍶鋇柱體2和第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3的邊長相等，其邊長是0.755a ；改變第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3的溫度，使其溫度&不同于上述第一鈦酸鍶鋇柱體2及環(huán)氧基樹脂的溫度Tp,其中a為晶格常數，Td為第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度，7；為第一鈦酸鍶鋇柱子及環(huán)氧基樹脂的溫度；所述第一鈦酸鍶鋇柱體2及環(huán)氧基樹脂溫度固定，所述第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3溫度從30°C變化到50°C ;所述的二維晶格單元的鈦酸鍶鋇柱體至少五層，所述的第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3位于二維晶格單元的中心，所述二維晶格的晶格常數a為I?10cm。
[0006]將缺陷鈦酸鍶鋇柱體旋轉至45度，本發(fā)明還提供一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構，
所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第二鈦酸鍶鋇柱體5及第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6在環(huán)氧基樹脂中按二維晶格排列；所述第二鈦酸鍶鋇柱體5和第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6的邊長相等，其邊長是0.755a ；先將第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6旋轉至45度再改變第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6的溫度，使其溫度r,不同于上述第二鈦酸鍶鋇柱體5及環(huán)氧基樹脂的溫度7；，其中a為晶格常數，7；為第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度，Tp為第二鈦酸鍶鋇柱子及環(huán)氧基樹脂的溫度；所述第二鈦酸鍶鋇柱體5及環(huán)氧基樹脂溫度固定，所述第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6溫度從30°C變化到50°C ；所述的二維晶格單元的鈦酸鍶鋇柱體至少五層，所述的第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6位于二維晶格單元的中心，所述二維晶格的晶格常數a為I~10cm。
[0007]所述的二維聲子晶體結構由一種或幾種密度不同的多層單元疊加組成。
[0008]所述二維晶格單元排列結構為矩形、正方形或六角形。
[0009]所述二維晶格單元排列結構為正方形。
[0010]所述第一鈦酸鍶鋇柱體2和第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
[0011]所述第二鈦酸鍶鋇柱體5和第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
[0012]所述第一鈦酸鍶鋇柱體2和第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體3及第二鈦酸鍶鋇柱體5和第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體6的橫截面形狀為正方形。
[0013]所述結構中柱體 的體積份數比均為57%。
[0014]所述二維聲子晶體結構是由鈦酸鍶鋇和環(huán)氧基樹脂兩種密度不同的單元疊加而成的:其中，鈦酸鍶鋇柱體的密度為
從3o°c變化到50 oC,縱波波速從5ΠΟΜ/?隨溫度增加至643L；k/丨橫波波速隨溫度增加至環(huán)氧基樹脂的密度為#=_丨胃/**,縱波波速Q=2550ii/j’隨溫度變化不明顯，橫波波速為1ζ =IWmis,隨溫度變化不明顯。
[0015]聲子晶體中聲波帶隙的產生和大小主要受以下因素影響:一、組成介質的質量密度、彈性常數、聲波速度等物理參數；二、分散介質的幾何形狀、體積分數和排列方位；三、晶體的排列結構。通過調節(jié)和改變這些因素即可獲得滿足特定頻率要求的聲子晶體。
[0016]基于上述三方面因素的考慮及現實可行性要求，選擇鈦酸鍶鋇柱體排列于環(huán)氧基樹脂中構成的聲子晶體結構。比如，將相互平行的鈦酸鍶鋇柱體在環(huán)氧基樹脂中作周期性排列而構成的二維聲子晶體結構。由五層鈦酸鍶鋇柱體在環(huán)氧基樹脂中按正方晶格排列而成的聲子晶體結構，即使引入點缺陷，也不會打破系統(tǒng)晶格的周期性，所以由五層鈦酸鍶鋇柱體構成的聲子晶體結構已可以達到要求。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明所提供的一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構，其方式與已有的學者作出的研究完全不同，不需要改變柱體幾何形狀或其材料性質，只需簡單的改變單個鈦酸鍶鋇柱子的溫度，當溫度滿足條件(對于結構一溫度條件為:缺陷溫度低于居里溫度且聲子晶溫度體高于居里溫度。對于結構二溫度度條件為:聲子晶體溫度高于居里溫度)即可獲得缺陷態(tài)，并且缺陷態(tài)頻率位置可以連續(xù)調節(jié)，實現方法簡單，可設計性強。
[0018]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1表示由鈦酸鍶鋇柱體按正方晶格排列于環(huán)氧基樹脂中每五行五列改變缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度(從30°C變化到50°C)的二維聲子晶體能帶結構圖，兩種結構中柱體的體積份數比都為57% ；圖2為實施例的結構一的橫截面示意圖；
圖3為實施例的結構二的橫截面示意圖；
圖4為實施例中結構一對應能產生缺陷態(tài)的溫度關系的示意圖；
圖5為實施例中結構一對應產生的缺陷態(tài)頻率隨缺陷溫度變化的示意圖；
圖6為實施例中結構二對應能產生缺陷態(tài)的溫度關系的示意圖；
圖7為實施例中結構二對應產生的缺陷態(tài)頻率隨缺陷溫度變化的示意圖。
[0020]
【具體實施方式】
[0021] 對于由鈦酸鍶鋇柱體分散于環(huán)氧基樹脂中所形成的二維聲子晶體結構，柱體橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形等，排列結構也可以取矩形、正方形或六角形等二維晶格。經計算分析發(fā)現，柱體橫截面形狀為正方形且按正方形晶格排列時，比其它形狀的柱體和晶格結構可產生較明顯的缺陷態(tài)。本發(fā)明實施例即采用此最優(yōu)結構，即在環(huán)氧基樹脂背景中將鈦酸鍶鋇柱體體按正方形二維晶格平行排列，結構一每五行五列改變缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度(實施案例中:缺陷溫度從30攝氏度逐漸改變到50攝氏度)，結構二每五行五列將中心元胞旋轉45度再改變缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度(實施案例中:缺陷溫度從30攝氏度逐漸改變到50攝氏度)。
[0022]實施實例:本實施例選擇的是鈦酸鍶鋇(其彈性參數為:密度聲縱波波速?從；siiuib/j隨溫度增加至,橫波波速隨溫度增加至3951.6用/!)在環(huán)氧基樹脂(其彈性參數為:密度/^丨丨胃/.^縱波波速C；=2550_+/s隨溫
度變化不明顯，橫波波速為iQ =1115講/|隨溫度變化不明顯)背景中按如上所述的最優(yōu)結構構成的二維聲子晶體。此時聲子晶體的能帶結構如圖1所示。圖2，3分別為本實施例的結構一和結構二的橫截面示意圖，由兩個五層結構單元組成，兩結構均先固定聲子晶體的溫度，再逐漸改變缺陷柱體的溫度(變化范圍為30°c至50°C)。圖4、5分別為結構一中能出現缺陷態(tài)的溫度條件及缺陷態(tài)頻率隨缺陷溫度變化的示意圖。圖6、7分別為結構二中能出現缺陷態(tài)的溫度條件及缺陷態(tài)頻率隨缺陷溫度變化的示意圖。此實施方案對獲得滿足某種特定頻率要求的聲子晶體方法簡單、可連續(xù)調節(jié)、可設計性強。
【權利要求】
1.一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構，其特征在于: 所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第一鈦酸鍶鋇柱體(2)及第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)在環(huán)氧基樹脂中按二維晶格排列；所述第一鈦酸鍶鋇柱體(2)和第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)的邊長相等，其邊長是0.755a ;改變第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)的溫度，使其溫度7；不同于上述第一鈦酸鍶鋇柱體(2)及環(huán)氧基樹脂的溫度7；，其中a為晶格常數，7；為第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度，7；為第一鈦酸鍶鋇柱子及環(huán)氧基樹脂的溫度；所述第一鈦酸鍶鋇柱體(2)及環(huán)氧基樹脂溫度固定，所述第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)溫度從30°C變化到50°C ;所述的二維晶格單元的鈦酸鍶鋇柱體至少五層，所述的第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)位于二維晶格單元的中心，所述二維晶格的晶格常數a為I~10cm。
2.一種缺陷態(tài)可熱調諧的二維聲子晶體結構，其特征在于: 所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第二鈦酸鍶鋇柱體(5)及第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)在環(huán)氧基樹脂中按二維晶格排列；所述第二鈦酸鍶鋇柱體(5)和第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)的邊長相等，其邊長是0.755a ;先將第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)旋轉至45度再改變第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)的溫度，使其溫度r,不同于上述第二鈦酸鍶鋇柱體(5)及環(huán)氧基樹脂的溫度7；，其中a為晶格常數，Td為第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體的溫度，Tp為第二鈦酸鍶鋇柱子及環(huán)氧基樹脂的溫度；所述第二鈦酸鍶鋇柱體(5)及環(huán)氧基樹脂溫度固定，所述第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)溫度從30°C變化到50°C ;所述的二維晶格單元的鈦酸鍶鋇柱體至少五層，所述的第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)位于二維晶格單元的中心，所述二維晶格的晶格常數a為I~10cm。
3.如權利要求1或2所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述的二維聲子晶體結構由一種或幾種密度不同的多層單元疊加組成。
4.如權利要求1或2所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述二維晶格單元排列結構為矩形、正方形或六角形。
5.如權利要求4所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述二維晶格單元排列結構為正方形。
6.如權利要求1所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述第一鈦酸鍶鋇柱體(2)和第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
7.如權利要求2所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述第二鈦酸鍶鋇柱體(5)和第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。
8.如權利要求6或7所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述第一鈦酸鍶鋇柱體(2)和第一缺陷鈦酸鍶鋇柱體(3)及第二鈦酸鍶鋇柱體(5)和第二缺陷鈦酸鍶鋇柱體(6)的橫截面形狀為正方形。
9.如權利要求1或2所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述結構中柱體的體積份數比均為57%。
10.如權利要求3所述的二維聲子晶體結構，其特征在于:所述二維聲子晶體結構是由鈦酸鍶鋇和環(huán)氧基樹脂兩種密度不同的單元疊加而成的:其中，鈦酸鍶鋇柱體的密度為從3o°c變化到5o°c，縱波波速?從隨溫度增加至ugLJiu/j，橫波波速C,從2f劃國h隨溫度增加至通LiB/i ， 環(huán)氧基樹脂的密度為a*，縱波波速?=Ι5彌醒/j，橫波波速為? =IWmls0
【文檔編號】G10K11/165GK103956159SQ201410074270
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權日:2014年5月29日
【發(fā)明者】張欣, 胡愛珍, 吳福根, 姚源衛(wèi), 寧留洋 申請人:廣東工業(yè)大學