[發明專利]一種基于形狀記憶合金可調帶隙的聲子晶體及調節方法

在審

• 申請號: 202110332097.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113096632A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 紀華偉;楊帆;戚安琪;呂博;穆東方;饒忠于
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G10K11/26
• 分類號: G10K11/26
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

一種基于形狀記憶合金可調帶隙的聲子晶體，包括散射體、定位裝置、中心定位柱和步進電機，散射體由形狀記憶合金制成，散射體周圍填充流體基體，散射體呈長方體形式，長方體的邊角為圓角；中心定位柱設置在散射體一端，定位裝置的中心設置有定位孔，中心定位柱穿過定位孔與步進電機連接。本發明通過步進電機帶動散射體旋轉和/或通過加熱裝置改變散射體溫度調節上述聲子晶體的帶隙。本發明調節方法具有調節能帶寬、調節方式簡單的特點，同時可用于聲子晶體中點缺陷、線缺陷的設計，可為聲子晶體結構添加禁帶和導波通道，動態的缺陷態設置對可調頻的聲濾波器、聲諧振器等電子元件的設計具有重要的意義，從而達到動態控制聲波傳播的目的。

技術領域

本發明涉及聲子晶體領域，具體涉及一種基于形狀記憶合金可調帶隙的聲子晶體及調節方法。

背景技術

聲子晶體作為一種人工周期性結構的最大特點在于它的可設計性，對于聲子晶體設計，一般是通過計算后選取相應的組成材料和結構參數。通常情況下，對于組元為普通材料的聲子晶體來說，一旦加工制造出來，由于材料和結構參數被確定，其振動帶隙的位置和寬度也是唯一確定的。當振源頻率范圍發生變化，聲子晶體的帶隙無法適應這種變化。如果能夠在使用過程中根據需要人為改變帶隙的大小和范圍，將使聲子晶體的帶隙設計更為靈活,并由此帶來新的應用方式。并且，在聲子晶體的應用中，通常會根據需要在完美周期的聲子晶體板中添加缺陷，在二維聲子晶體中的點缺陷、線缺陷的人為制造，為聲子晶體結構添加禁帶和導波通道，從而達到控制聲波傳播的目的，動態的缺陷態設置對可調頻的聲濾波器、聲諧振器等電子元件的設計具有重要的意義，從而達到動態控制聲波傳播的目的。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于形狀記憶合金可調帶隙的聲子晶體結構及調節方法，克服已有聲子晶體的無法調節帶隙、調節帶隙范圍窄、調節方式繁瑣單一的不足。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于形狀記憶合金可調帶隙的聲子晶體，包括散射體、定位裝置、中心定位柱和步進電機，散射體由形狀記憶合金制成，散射體呈長方體形式，長方體的邊角為圓角，所述圓角的半徑為R；所述中心定位柱設置在散射體一端，所述定位裝置的中心設置有定位孔，所述中心定位柱穿過定位孔與步進電機連接。

優選地，所述形狀記憶合金制成的散射體填充率為56％以上。

常規直角正方立柱為防止旋轉時的相互干擾，其散射體的填充率f≤0.5(l為散射體的寬度，a為聲子晶體原胞的晶格常數)，而當f≤0.5時會存在聲子晶體的帶隙較窄的問題。本發明對形狀記憶合金的散射體進行圓角處理后，解決了散射體填充率f≤0.5的帶隙較窄和f≥0.5散射體旋轉時相互干擾的問題，同時可將散射體的填充率提高到0.56(雖然f會因((2R)²-πR²項減少，但因圓角的存在，l可以設定更大，f可增大)以上，實現了在旋轉較小角度時即可實現帶隙調節。

優選地，所述散射體還設有加熱裝置，加熱裝置通過導線與電源連接。

優選地，所述散射體的每個側面均設有凹槽，槽寬為b，槽深為c。設置凹槽后雖然小范圍地降低了散射體的填充率，但因降低了散射體的對稱性，對彈性波傳播的散射作用增強，聲子晶體更容易出現帶隙和產生更寬的帶隙，且帶隙在散射體不旋轉時即可存在。設有凹槽后填充率根據槽的大小而略有減小。

優選地，所述散射體周圍填充流體基體，所述流體基體為氣體或液體，所述液體為水或甲醇。所述基體的選取可以為空氣、水等與散射體聲阻抗相差較大、流動性好的流體材料，所述形狀記憶合金為雙程形狀記憶合金。基體與形狀記憶合金散射體的密度、楊氏模量、聲阻抗等參數相差越大，越容易出現帶隙?；w粘度較小時可以實現散射體旋轉后不留間隙。

優選地，所述聲子晶體為二維流/固型聲子晶體，由多個散射體以正方晶格方式排列。