基于鈦酸鍶鋇鐵電陶瓷的溫度調(diào)控型聲子晶體研究.pdf

1、聲子晶體是由兩種或者兩種以上材料空間周期排列形成的人工結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量密度和彈性常數(shù)呈空間周期性分布，能夠?qū)β暡ɑ蛘邚椥圆ǖ膫鞑ミM(jìn)行周期調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)多種新奇物理效應(yīng)：如禁帶、負(fù)折射、局域模式等。這些效應(yīng)為研制新型功能聲學(xué)器件(如：隱身材料、隔聲材料、波導(dǎo)、傳感器、濾波器等)提供了堅(jiān)實(shí)物理基礎(chǔ)。如何進(jìn)一步靈活調(diào)控聲波或者彈性波傳播是拓寬聲子晶體應(yīng)用的關(guān)鍵因素。在不改變聲子晶體幾何構(gòu)成和材料組分的同時(shí)，對其特性進(jìn)行調(diào)控，將會實(shí)現(xiàn)聲子晶體的智能

2、化應(yīng)用，具有重要的研究價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本研究工作使用鈦酸鍶鋇-Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)鐵電陶瓷材料制備一種聲子晶體板，研究其溫度可調(diào)控性能和在操控微納米顆粒上的應(yīng)用。
　　本文通過BST聲子晶體板實(shí)現(xiàn)對增強(qiáng)透射峰溫度調(diào)控的研究，制備鍶鋇元素比為3:7的鈦酸鍶鋇。經(jīng)制備和測量，該BST鐵電陶瓷在293 K為四方相，其縱波速度和橫波速度小于313K的立方相，由此可實(shí)現(xiàn)聲子晶體在293 K和313 K下聲學(xué)性能的調(diào)

3、控。具體表現(xiàn)為通過對設(shè)計(jì)的聲子晶體板仿真模擬，在293K時(shí)，入射平面波在2.47MHz和3.35MHz會產(chǎn)生增強(qiáng)透射效應(yīng)，而把溫度升高至313K，其增強(qiáng)透射峰的頻率為2.93MHz和4.07MHz，偏移量達(dá)到了19％和21％。同樣，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果表明，第一和第二個(gè)增強(qiáng)透射峰，由293K的2.40MHz和3.33MHz偏移到313 K的2.83MHz和3.94MHz，偏移量有18％，理論結(jié)果預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果匹配良好。最后從物理機(jī)制上分析了該增強(qiáng)透

4、射效應(yīng)的產(chǎn)生和偏移，該增強(qiáng)透射峰是由聲子晶體對Lamb波的調(diào)制作用產(chǎn)生，其增強(qiáng)透射頻率與縱波速度和橫波速度有關(guān)，所以偏移由溫度變化引起B(yǎng)ST的相變決定?；贐ST聲子晶體板的聲輻射力受溫度調(diào)控的研究：聲輻射力受聲場形態(tài)影響，可以由聲子晶體板所調(diào)控。通過仿真模擬分析了基于BST的聲子晶體板對聲輻射力的溫度調(diào)控作用，在293 K下顆粒受到負(fù)向(靠近聲子晶體板的吸引力)的聲輻射力，而在313K下顆粒受到正向(遠(yuǎn)離聲子晶體板的排斥力)聲輻射力的