[發明專利]一種基于分子動力學理論的納米聲學效應分析方法

有效

• 申請號: 201910122716.1
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109883985B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張濤;吳利娜;姜峰;鄧艷艷;李敏;張晶園;蔣林
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;H04R31/00;B81C1/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種基于分子動力學理論的納米聲學效應分析方法，包括步驟：一、構建納米聲學器件振動激勵系統；二、調節分子束發生器；三、計算納米聲學器件中分子勢函數；四、計算納米聲學器件中分子作用合力、加速度、速度和位置坐標；五、獲取不同時刻納米聲學器件中分子的作用合力、速度和位置坐標；六、建立三維直角坐標系；七、計算納米聲學器件平均應力；八、計算彈性常數；九、計算納米聲學器件自由表面傳播的聲表面波相速度；十、計算納米聲學器件中心頻率；十一、確定聲波傳播系數；十二、計算聲波損耗、繪制聲波損耗與頻率的對應關系圖，獲取納米聲學器件的帶寬。本發明獲取表征納米聲學效應的參數，為研究納米聲學效應提供可靠的參考。

技術領域

本發明屬于納米聲學效應計算技術領域，具體涉及一種基于分子動力學理論的納米聲學效應分析方法。

背景技術

目前，聲學器件已廣泛應用于通信行業，其中聲表面波器件作為其代表性器件，基底材料可以選擇壓電單晶和半導體材料，當追求實現器件制作工藝的簡化，可選用壓電單晶材料作為基底。當追求器件的可集成性時，可以選用半導體材料作為基底，然而半導體基底不具有激發聲表面波的能力，所以需要在基底上增加壓電薄膜作為聲波源振動激勵層。

基于目前研究的聲表面波器件，聲波需要將電信號通過叉指電極激發。叉指電極又稱叉指換能器，是將電信號與聲信號互相轉換，對于確定聲速時，叉指最高工作頻率僅受工藝上所能獲得的最小電極寬度的限制。但是當器件為納米量級時，由于目前工藝的局限性，無法精確制備目標叉指。使得聲學材料缺少穩定激勵源，無法產生聲波振動，進而無法去探究納米尺度聲學效應。隨著器件高頻化、集成化程度的提高，器件尺度將縮小至納米尺寸，宏觀聲學理論以及由宏觀聲學理論所衍生的理論建模方法存在失效效應，用于宏觀聲學理論分析的方法將不再適用。目前，對納米尺度聲學效應研究國內外鮮少出現，使納米聲學器件的研究模擬受限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于分子動力學理論的納米聲學效應分析方法，其設計新穎合理，利用擾動施加機構向納米聲學器件施加擾動，通過分子束發生器所產生的分子束與器件內粒子產生碰撞，可使粒子產生位移，進而使粒子獲得一個穩定的激勵，以此來使納米聲學器件產生振動，通過分子動力學理論獲取不同時刻的納米聲學器件中各個分子的作用合力、速度和位置坐標，進而獲取納米聲學器件的平均應力、應變，計算彈性常數，獲取表征微尺度納米聲學效應參數，為研究微尺度納米聲學效應提供可靠的參考，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于分子動力學理論的納米聲學效應分析方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、構建納米聲學器件振動激勵系統：在承載臺上放置納米聲學器件，利用擾動施加機構對所述納米聲學器件施加擾動，通過超高分辨率激光光譜儀觀察所述納米聲學器件的波動狀態，通過計算機計算反映所述納米聲學器件聲學效應的參數，所述擾動施加機構、所述納米聲學器件、所述超高分辨率激光光譜儀和所述計算機構成納米聲學器件振動激勵系統，所述擾動施加機構為分子束發生器，所述分子束發生器的數量為多個，所述分子束發生器為點源分子束發生器、線源分子束發生器或面源分子束發生器；

步驟二、調節分子束發生器：根據實驗需求選取所需類型的分子束發生器，調節分子束發生器發出的分子束的方向和力度，對納米聲學器件中的部分邊緣分子施加擾動；

根據公式計算部分邊緣分子中第i個邊緣分子的加速度其中，m_0i為部分邊緣分子中第i個邊緣分子的質量，為部分邊緣分子中第i個邊緣分子受到的擾動作用合力；

根據公式計算部分邊緣分子中第i個邊緣分子的速度和位置坐標為部分邊緣分子中第i個邊緣分子的初始速度，為部分邊緣分子中第i個邊緣分子的初始位置坐標，t為時間；