声子晶体的应用 - 360文档中心

声子晶体的基本原理与应用pdf

声子晶体的基本原理与应用
1. 声子晶体简介
1.1 声子晶体的定义 1.2 声子晶体的结构和特点 1.3 声子晶体的分类
2. 声子晶体的基本原理
2.1 声子晶体中的声子模式 2.2 声子晶体中的声子色散关系 2.3 声子晶体中的声子带隙
3. 声子晶体的制备技术
3.1 基于布拉格散射的制备方法 3.2 基于光子晶体技术的制备方法 3.3 基于声子晶体技术的制备方法
4. 声子晶体的应用领域
4.1 声子晶体在光学领域的应用 4.2 声子晶体在声学领域的应用 4.3 声子晶体在能量传输和存储领域的应用 4.4 声子晶体在传感器领域的应用
5. 声子晶体的未来展望
5.1 声子晶体的发展趋势 5.2 声子晶体的潜在应用 5.3 声子晶体研究的挑战
结论
声子晶体作为一种新型的材料结构，在光学、声学、能源和传感器等领域具有广泛的应用前景。

随着技术的不断进步和对新材料需求的提高，声子晶体将在未来实现更多的创新和应用。

相信通过不断的研究和发展，声子晶体的潜力将得到更好的发挥，为我们的生活带来更多的便利和创新。

平面波展开法在声子晶体中的应用

工业技术113科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 1 平面波方法的理论推导根据文献[7],在材料连续、均匀、线弹性和各向同性以及小形变等基本假设下,考虑一个任意小的体积微元,可以建立描述质点力、位移以及应力应变之间关系的三类基本方程,分别见以下三点。

1.1运动微分方程(力与位移的关系)1.2几何方程(位移和应变的关系)1.3物理方程(应变和应力的关系),其中是拉梅常数。

根据布洛赫定理,声子晶体的本征场具有这样的形式:(1)密度,拉梅常数,与具有相同的空间周期性,可以把它们展开成相同的傅立叶形式,写成:平面波展开法在声子晶体中的应用赵芳(华南理工大学广州学院物理实验中心广东广州 510800)摘要:本文选择用平面波展开法对二维声子晶体的带结构进行了研究。

关键词:声子晶体带结构数值计算平面波展开法中图分类号:T M31文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0113-01图1 正方点阵的第一布里渊区,阴影部分为不可约布里渊区.(2)现在我们看下密度和拉梅常量的傅立叶系数。

根据傅立叶系数的定义,可得出以下结论。

当, (3)其中第二项等于0,所以。

我们定义叫结构函数,我们可以看出,这个结构函数是只和散射体A的几何形状有关,而和元胞的形状无关。

2 数值计算模型和结果计算模型是长方形的无限长铅柱呈正方点阵排列在环氧树脂基体中,其中L1是铅柱的长,L2是铅柱的宽,L1/L2=1.1,A=0.4,填充率F=0.4。

铅的密度为11350kg/m 3,环氧树脂的密度为1200kg/m 3,铅的横波速度为860m/s,环氧树脂的横波速度为1160m/s,铅的纵向波速为2158m/s,环氧树脂的纵向波速为2830m/s。

从计算结果来看,平面波方法很方便的计算出了声子晶体材料的带结构。

(如图1图2)3 结语简要介绍了各种声子晶体数值计算的常用方法及其优缺点.从弹性波的波动方程出发,推导了二维声子晶体的平面波展开方法的代数本征值方程,给出了密度、拉梅常数的傅里叶系数的计算方法,并进行计算验证了声子晶体的带隙的存在。

二维声子晶体带隙特性分析与应用研究

V ol 38No.4Aug.2018噪声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第38卷第4期2018年8月文章编号：1006-1355(2018)04-0006-06二维声子晶体带隙特性分析与应用研究姜超君1，2，向阳1，2，张波1，2，郭宁1，2，何鹏1，2（1.武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063；2.船舶动力系统运用技术交通行业重点实验室，武汉430063）摘要：声子晶体在减振方面拥有广泛应用前景，而带隙分析是将其付诸应用的首要前提。

先利用有限元法研究结构与材料参数对带隙的影响，接着基于带隙特性分析的结果，根据实验所得的典型船用离心泵机脚的振动特性，设计以硅橡胶为基体、铅为散射体的声子晶体薄板。

将声子晶体引入舱段减振设计中并进行相应的数值响应验证，结果表明：将所设计的声子晶体薄板插入舱段的内底板，在带隙作用范围内可有效阻抑振动传递，并降低舱段外壳的振动响应。

关键词：声学；声子晶体；带隙特性；离心泵；减振降噪中图分类号：TB532文献标志码：ADOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2018.04.002Analysis and Application of Band Gap Characteristics ofTwo-dimensional Sonic CrystalsJIANG Chaojun 1,2,XIANG Yang 1,2,ZHANG Bo 1,2,GUO Ning 1,2,HE Peng 1,2(1.School of Energy and Power Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China;2.Key Laboratory of Marine Power Engineering and Technology,Ministry of Communications,Wuhan 430063,China )Abstract :Sonic crystal has great prospects in vibration damping,while the analysis of band gap characteristics is the primary prerequisite.Therefore,the effects of structure and material parameters of the sonic crystal on band gap were studied with FE method in this paper.According to the results of the analysis of band gap characteristics and the vibration performance data of a ship centrifugal pump foundation from the test,the sonic crystal plate with silicone rubber as the matrix and lead as scatter was designed.The vibration damping of a cabin with sonic crystal was designed and studied through harmonic response calculation.The results show that a good inhibition of vibration can be gained when sonic crystal plate is used as elastic interlayers inside the bottom board and the vibration response of the cabin shell is reduced.Keywords :acoustics;sonic crystal;band gap characteristics;centrifugal pump;vibration and noise reduction声子晶体是指两种或两种以上弹性材料构成的周期结构功能材料，传入其中的弹性波由于和周期结构相互作用，在一定频率范围内将无法透过并继续传播，此特定频段即弹性波带隙[1]。

二维三角晶格声子晶体_概述及解释说明

二维三角晶格声子晶体概述及解释说明1. 引言1.1 概述二维三角晶格声子晶体是一种具有特殊结构和性质的物质。

声子晶体是指在周期性介质中存在着禁带，类似于电子晶体中的能带结构。

而二维三角晶格则是最简单且具有重要意义的二维晶体结构之一，其拥有稳定的布拉菲格子和高度对称的几何形状。

本文将探讨二维三角晶格中声子晶体的形成、结构及其应用等方面内容，并运用实验方法与理论模拟相结合的方式来验证和解释所得结果。

1.2 文章结构本文共分为五个主要部分。

首先是引言部分，概述了本文要研究的对象——二维三角晶格声子晶体，并说明了研究目的和文章结构。

接下来，第二部分将详细介绍声子晶体的概念及在二维三角晶格中的特点和应用。

第三部分将具体介绍实验方法及结果分析，并对实验结果进行讨论，同时提出未来进一步展望。

第四部分将从理论解释和模拟研究两个方面对声子晶体进行深入探究，包括声子晶体理论模型的介绍、模拟方法及结果讨论以及对实验结果的解释和提出新问题。

最后一部分是结论与展望，总结了本文的研究成果，并为未来进一步研究方向提供了建议。

1.3 目的本文旨在系统地概述和解释二维三角晶格声子晶体的形成过程、结构特点以及在相关领域中的应用。

通过实验方法与理论模拟相结合的方式，验证和解释二维三角晶格中声子晶体的性质和行为。

同时，希望能够为该领域今后更深入的研究提供一定的参考和方向。

2. 二维三角晶格声子晶体2.1 声子晶体概念解释声子晶体是指由周期性排列的、固定间距的原子或分子组成的结构，其声子频谱存在带隙。

在这种结构中，声波的传播受到玻尔兹曼方程的限制，只能在特定频段内传播。

这一奇特的性质使得声子晶体具有很好的声学控制和效应，因此广泛应用于超材料、光学器件和声学器件等领域。

2.2 二维三角晶格结构二维三角晶格是指以三角形为基本单元组成的平面结构。

在该结构中，每个原子或分子与周围六个相邻原子或分子连接，并沿着规律排列形成整个平面。

这种结构在材料科学中被广泛研究和应用，在制备纳米材料、表面增强拉曼散射等领域都有重要意义。

声子——精选推荐

声子晶体概述XXX院（系）：理学院专业：应用化学学号：********** 指导教师：韩喜江2013年3月题目声子晶体专业应用化学学号*********X 学生XXX指导教师韩喜江摘要声子晶体就是弹性常数在空间呈周期性排列的人工晶体。

声子晶体是由弹性固体周期排列在另一种固体或流体介质中形成的一种新型功能材料。

通过类比光子晶体，人们发现弹性波在周期弹性复合介质中传播时，也会产生类似于光子带隙的弹性波带隙，从而提出了声子晶体的概念。

由于声子晶体具有禁带、缺陷态等特性使得它在减振、降噪、声学器件等方面有着潜在的应用前景。

关键词：声子；声子晶体；减振；降噪。

一、声子概念的提出◆1883年，Floquet关于一维Mathieus方程的研究，首次考虑了周期结构中波的传播。

◆1887年，Rayleigh率先研究了连续周期结构中波的传播特性，指出结构中存在无波传播的频带。

◆1953年，Brillouin对波在周期介质中的传播特性进行了系统深入的研究。

◆1992年，M.MSigalas,E.N.Econnmou首次从理论上证实了三维周期点阵结构中弹性波带隙的存在性。

◆1993年，M.S.Kushwaha研究二维周期介质时首次明确提出声子晶体的概念。

◆2000年9月，Science刊登了刘正猷提出的声子晶体的局域共振带隙机理。

二、声子晶体的特性由于声子晶体具有弹性波带隙，它具有这样的性质：、减缓波速效应、声聚焦、弹性波定向、超准直、沿缺陷传播、声吸收、等效的负刚度、负密度、负折射率、和光子的相互作用、声致热导率减小、反常多普勒效应等特性。

因此声子晶体多用于减振、降噪、声学器件方面。

声子晶体和我们平时接触的晶体是不一样的，声子晶体是多种弹性介电材料组成的周期性结构，研究对象是弹性波在晶体中的传播，波动是一种弹性波（电磁波），声子晶体的晶格是0.1到1um，它的特征是弹性波（光子）带隙和缺陷表面态；而平时我们接触的晶体多为电子晶体，是一种结晶体，其研究对象是其电子的运输行为，波动为德布罗意波，晶格为0.1到0.5nm，其特征是电子带隙、缺陷态和表面态。

声子晶体结构在换能器匹配层中的应用_唐一璠

时，活塞辐射阻为Ｚｆ＝ρ０ｃ０ｓ，其中ρ０、ｃ０、ｓ分别为水的密度、声速和面积。
等效电路中不同位置的阻抗为：
Ｚａ＝Ｚｐ３＋（Ｚｆ＋Ｚｐ３）Ｚｐ４／（Ｚｆ＋Ｚｐ３＋Ｚｐ４）；（１５）
Ｚｂ＝Ｚｐ１＋（Ｚａ＋Ｚｐ１）Ｚｐ２／（Ｚａ＋Ｚｐ１＋Ｚｐ２）；（１６）
Ｚｃ＝Ｚｐ３＋（Ｚｂ＋Ｚｐ３）Ｚｐ４／（Ｚｂ＋Ｚｐ３＋Ｚｐ４）；（１７）
第４４卷第２期
陕西师范大学学报（自然科学版）
Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．２
２０１６年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｒ．，２０１６
文章编号：１６７２－４２９１（２０１６）０２－００３７－０６
图中匹配层Ａ、Ｂ的等效阻抗分别为：
Ｚｐ１＝ｊρ１ｃ１ｓｔａｎ（ｋ１ｌ１／２）；Ｚｐ２＝ρ１ｃ１ｓ／［ｊｓｉｎ（ｋ１ｌ１）］；Ｚｐ３＝ｊρ２ｃ２ｓｔａｎ（ｋ２ｌ１／２）；Ｚｐ４＝ρ２ｃ２ｓ／［ｊｓｉｎ（ｋ２ｌ２）］。
（７）（８）（９）（１０）
第２期
唐一璠等：声子晶体结构在换能器匹配层中的应用
Ｚｄ＝Ｚｐ１＋（Ｚｃ＋Ｚｐ１）Ｚｐ２／（Ｚｃ＋Ｚｐ１＋Ｚｐ２）；（１８）
（）Ｚｅ＝Ｎ１２
Ｚ２＋
（Ｚｄ＋Ｚ１）Ｚ１Ｚｄ＋２Ｚ１
－ｊωＮＣ２０
。
（１９）
其中Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄ、Ｚｅ分别为不同层数匹配层下的负载阻抗。
等效电路的总阻抗Ｚ和总电导Ｇ分别为：
Ｚ＝Ｚｅ／（１＋ｊωＣｏＺｅ）；Ｇ＝１／Ｚ。

一维声子晶体在防止低频噪声中的应用

ＥｄｔｅｉｙＩｏｈｎｄｇａｈｅ１ａｎｈｅｄｎｓｔｎｔｅｂａｐｏｆｔＤｈｏｎｒｓａｓｈｖｅｂｅｎｓｕｅｉｈｅｌｍｐｄｍａｓｍｅｔｏｄＤｐｏｎｃｙｔｌａｅｔｄｉｄｂｙｕｓｎｇｔｕｅ — ｓｈ．
一
维声子晶在防止低频噪声中的应用体
徐超，丽芬，兴成，应开胡董刘
（南师范大学物理系，云云南昆明６０９）５０２
摘
要：用集中质量法研究了集中质量数、格常数ａ组分比ｔ弹性模量Ｅ及密度ｐ等因素对一维声子应晶、、
Ｔｈｅｕｔｈｗｅｈｔｈｎｔａｒｑｅｃｆｔｅｂｎｇｐａｄｔｅｆｒｉｄｎａｄｄｈｄｃｅｓｄｅｒｓｌｓｏｄｔａｔｅｉｉｌｆｅｕｎｙｏｈａｄａｎｈｏｂｄｅｂｎｗｉｔｅｒａｅｗｉｈｔｅｓｉｔｈｉｃｅｓｆｔｅｌｔｉｅｃｎｔｎｉｎｒａｅａｉｌｔｈｎｒａｅｏｔ＞１．Ｔｈｎｔａｆｅｕｎｙｏｈｎｒａｅｏｈａｔｏｓａｔａｗｈｌｉｃｅｓｄｒｐｄｙｗｉｔｅｉｃｅｓｆｔ（ｃｅｈ）ｅｉｉｌｒｑｅｃｆｔｅｉ
ＰｒｖｎｉｇＬｏｆｅｕｎｃｉｅｅｅｔｎｗ。ｒｑｅｙＮｏｓ
ＸＵａＨＵｆｎ，Ｃｈｏ，ＬｉｅＤ０ＮＧｉｇｈｅＸｎｃｎｇ，ＵｎｋｉＬＩＹｉｇａ

声子晶体在建筑中的应用

声子晶体在建筑中的应用我站在城市繁华的街角，周围是车水马龙的喧嚣。

看着那些高耸入云的大楼，不禁想起我的朋友小李，他是个建筑设计师，最近正为一个新的建筑项目愁眉不展呢。

那天我去他的办公室找他，一进门就看到他坐在堆满图纸的办公桌前，头发乱得像个鸟窝。

“嘿，兄弟，怎么这幅模样啊？”我打趣地问。

他抬起头，眼睛里满是疲惫，叹了口气说：“你不知道啊，这个新建筑要建在交通要道旁边，噪音问题简直就是个大麻烦。

如果解决不好，住在里面的人可就有得受了，我这脑袋都快想破了。

”我在他对面坐下，随手翻看着那些设计草图，突然想到之前在杂志上看到的一个概念——声子晶体。

我对小李说：“你有没有听说过声子晶体啊？说不定这个能帮到你呢。

”小李一脸疑惑地看着我：“声子晶体？那是什么新鲜玩意儿？听起来像是什么高科技魔法道具一样。

”我笑着解释道：“哈虽然不是魔法道具，但也很神奇哦。

你可以把声子晶体想象成一群训练有素的小卫士，专门对付声音这个调皮的小怪兽。

声子晶体呢，其实就是一种人工合成的材料结构，它有着特殊的周期性排列。

就好比是士兵们排着整齐的队列，这种特殊的排列能够控制声音的传播。

”小李眼睛里开始闪烁出好奇的光芒，身体也不自觉地向前倾，急切地说：“快给我讲讲，这到底是怎么个控制法呢？”我清了清嗓子，继续说道：“你看啊，当声音这个小怪兽想要穿过声子晶体的时候，就像一个小贼想要闯进一座防守严密的城堡。

声子晶体的特殊结构就像是城堡里各种各样的防御机关。

它能够让声音在里面拐来拐去，有的声音被反射回去了，就像小贼被拒之门外；有的声音呢，在里面不断地消耗能量，最后变得很微弱，就像小贼被陷阱困住，没了力气。

”小李若有所思地点点头，兴奋地说：“这听起来真不错啊。

那它会不会很贵啊？如果成本太高的话，开发商可不一定会接受呢。

”我拍了拍他的肩膀说：“这就是它的妙处之一啦。

其实，声子晶体的制作材料不一定都是那些昂贵的稀有材料。

有些常见的材料，只要按照特殊的结构组合起来，就能成为声子晶体。

声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析剖析

本科生设计（论文）论文题目：声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析姓名：学院：海洋港口学院专业：12机械制造及其自动化（港口）（师范）学号：***师：***声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析一、绪论1.1课题背景现代社会对噪声防治和处理的各种要求，促进了当代噪声控制工程技术的迅猛发展。

工程中对噪声进行处理最常用而有效的技术措施就是安装适当的隔声材料。

因此，对隔声材料进行开发研究具有十分重要的意义。

声子晶体是一种新型隔声材料，存在弹性波禁带，落在禁带范围内的弹性波在声子晶体中传播时会强烈的衰减，其衰减程度远远大于质量密度定理的预测值。

因此声子晶体在噪声与振动的控制方面有着巨大的潜力。

本文以声子晶体在中低频隔声的实际应用为切入点，针对布拉格散（Bragg）射型声子晶体和局域共振声子晶体，系统地研究其禁带的产生以及影响禁带特性的各种因素，通过有限元仿真与实验验证完成声子晶体在隔声功能上的应用尝试。

声子晶体复合材料的自身特性决定了其带隙影响因素的多样性，因此有必要对其带隙的影响因素进行全面的研究分析，通过对各个参数对带隙的影响情况的分析来判断声子晶体在中低频范围内隔声应用的可行性，为下一步的仿真计算和实验验证中声子晶体各参数的选择提供理论依据。

传统的隔声材料种类繁多，从定义上讲所有的对声波有阻隔作用的材料都可以称为隔声材料，实际的隔声工程实施中经常采用的隔声材料有各种金属板、石膏板、木板以及复合板材。

由于它们大多都属于均匀介质结构，其隔声量都遵循质量密度定理，即材料的隔声性能与面密度有关，面密度增加一倍隔声量将会增大 6 分贝。

因此要获得较好的隔声效果就必须要增加隔声材料的密度。

然而在实际的应用当中，增加隔声材料密度会带来施工成本以及施工难度的急剧增大，这也限制了传统隔声材料的应用范围。

因此工程应用当中对新型轻质隔声材料的需求非常迫切。

声子晶体材料是近几十年研究状况非常热门的一种新型功能性隔声材料，其本质是一种对弹性波传播存在禁带的、结构排列或材料选择具有周期性特点的复合材料，其概念的提出只有二十多年的历史，命名借鉴了光子晶体的命名方式。

21世纪最具潜力的新型带隙材料_声子晶体_塔金星

21世纪最具潜力的新型带隙材料声子晶体塔金星半导体发展中遇到的极大障碍,使许多研究人员开始研究光子晶体。

然而,声子晶体比光子晶体具有更丰富的物理内涵,它是一种新型声学功能带隙材料。

研究声子晶体的重要意义在于其广阔的应用前景,而且在研究过程中,还可能发现新现象和新规律,进而促进物理学的发展。

一、什么是声子晶体声子晶体的概念诞生于20世纪90年代,是仿照光子晶体的概念而命名的。

我们都知道,具有光子禁带的周期性电介质结构功能材料称为光子晶体,光子能量落在光子禁带中的光波将被禁止,不能在光子晶体中传播。

通过对光子晶体周期结构及其缺陷进行设计,可以人为地调控光子的流动。

与之类似,具有声子禁带的周期性弹性介质结构的功能材料,称为声子晶体。

在声子晶体内部,材料组分(或称为组元)的弹性常数、质量密度等参数呈周期性变化。

随着材料组分填充比、周期结构形式及尺寸的不同,声子晶体的弹性波禁带特性也不同。

禁带的产生主要取决于各个单散射体本身的结构与弹性波的相互作用。

一般说来,非网络型晶格结构形式比网络型晶格结构形式更易于产生禁带。

复合结构中组分的弹性常数差异越大,越易于产生禁带。

在特定频率弹性波的激励下,单个散射体产生共振,并与入射波相互作用,使其不能继续传播。

声子晶体具有理想的周期性结构,对这种理想周期性结构的破坏一般称之为缺陷。

缺陷按其维数可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

当声子晶体中存在某种缺陷时,在其带隙范围内会产生所谓的缺陷态,缺陷态对声子晶体的禁带特性有着重大影响,因此对声子晶体缺陷态特性的研究具有重大意义。

利用点缺陷,可以把声波俘获在某一特定位置,使其无法向外传播,这相当于微腔。

在声子晶体中引入某种线缺陷(如L型线缺陷),可以使处于禁带频率范围内的声波沿该通道进行传播,即所谓声波导。

当弹性波频率落在声子禁带范围内时,弹性波将被禁止传播。

通过对声子晶体周期结构及其缺陷的人工设计,可以人为调控弹性波的流动(如图1)。

声子晶体声传播特性研究进展及其在船舶行业中的应用

声子晶体声传播特性研究进展及其在船舶行业中的应用田斌【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)004【摘要】Phononic crystal is an important acoustic artificial materials.It has been extensively investigated because of their characteristics of wave propagation, which is of great significant.This paper summarizes the research progress of band gap properties and mechanism, and acoustic absorption.This paper provides a reference for the fabrication and wave propagation investigation of acoustic artificial materials.Meanwhile, phononic crystal shows outstanding features in reducing vibration and blocking noise, and the band gap characteristics in suppressing vibration source of strength, vibration isolation and damping mechanism have been preliminary study, which laid a good foundation for the application of phononic crystal on vibration of the ship noise reduction.%声子晶体是一种重要的声人工材料,由于其独特的声波传播特性而得到广泛研究,对声人工材料中声波传播特性的研究具有重要意义.文章综述了声子晶体带隙特性、带隙机理以及吸声特性的研究进展,并对其在船舶减振降噪中的应用前景进行了展望.【总页数】7页(P47-53)【作者】田斌【作者单位】中国船舶工业系统工程研究院,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】O429【相关文献】1.声子晶体特性研究及在车身板件中减振降噪的应用 [J], 左曙光;孟姝;魏欢;何吕昌;马琮淦2.一维准周期声子晶体板中兰姆波的禁带特性分析∗ [J], 陈阿丽;郭凤丹;汪越胜3.二维声子晶体带隙特性分析与应用研究 [J], 姜超君;向阳;张波;郭宁;何鹏4.二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性 [J], 高汉峰;张欣;吴福根;姚源卫5.光子晶体和声子晶体中拓扑态的研究与应用 [J], 胡丽芬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

声子晶体PPT

声子晶体
新型声学功能材料
Content
1 2
定义与分类
研究方法
3
4
由来与特征
用途与发展方向
简介
Add Your Text 近年来，具有一定周期结构的复合材料的能带特性的研究越来越受到人们的关注。声子晶体就是其中的一种。当前，研究声子晶体的主要目的和意义是：1丰富物理学；2发掘工程应用。
定义
特征与由来
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它的基本特征是：具有声
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M.S.Kushwaha等人率先明确提出了声子晶体的概念，并采用镍柱在铝合金基体中形成的复合材料计算获得声波带隙，对其理论的研究还在进一步的发展之中。
ห้องสมุดไป่ตู้
子带隙，而处于禁带内的声波不能够在声子晶体内传播。当周期结构中存在
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text text
体和球形等。示意图为：
体。
声子晶体研究方法
转移矩阵法：转移矩阵法直接从弹性波波动方程出发，并注意到方程的线性特征，导出一维声子晶体在一个周期内的转移矩阵，然后借助边界条件把相邻两层的参数联系起来。适用于一维声子晶体的研究
时域有限差分法
研究声子晶体的另一种较常用的方法是时域有限差分法，该方法的基本思想是将原始的波动方程直接在时问域和空问域离散，把微分方程化为差分方程，然后从某个初始场开始，让物理量.. (比如，速度和应力)随时间演过傅里叶变换，可以得到无限系统的带结构，也可计算有限大声子晶体.. (板状)的透射系数和该方法是一种求解二维或三维声子晶体禁带的数值方法。
分类
当周期复合材料的周期尺度与声波或弹性波波长在一个数量级时，声波或弹性
根据散射体不同的周期排列形式，声子晶体可分为：一维声子晶体，二维声子晶体，三维声子晶体，相应的散射体形态依次是：层状板.柱

新型功能材料—声子晶体研究进展与应用前景

新型功能材料—声子晶体研究进展与应用前景摘要：声子晶体是20世纪90年代初提出的一种新型声学功能材科，这种周期性结构所具有的声波带隙特性可以认为具有某种过滤效应，即当多种频率的振动或声波通过此类晶体时，由于布拉格散射，便会分裂为导带和禁带，处于禁带频率范围内的振动或声波将被禁止在晶体中传播，而处于导带频率范围内的振动或声波则能顺利通过声子晶体。

通过求解声波在晶体中的波动方程可以设计所需要的声子禁带和导带。

文中对声子晶体的概念和基本特征、研究进展、理论方法、潜存应用等方面进行了阐述，并对声子晶体的研究工作进行了展望。

关键词：声子晶体周期性结构声子禁带1、引言物理学中的许多进步和成果始于对周期性结构中波的传播情况的研究，如电子的能带结构，Bloch振荡器和全息术。

随着研究的逐渐深入，人们已经制备出了许多新型功能材料。

并应用于各个领域。

以硅晶体为代表的半导体材料的出现引发的电子工业革命，使我们进入了信息时代。

半导体的理论依据是固体电子的能带理论[1]。

即电子（波）在周期性势场的作用下会形成禁带和导带，带与带之间有间隙。

近年来，人们突破了以现有原材料为研究对象的限制。

进入了通过能带设计来模拟天然晶格以获得新型功能材料和器件的新阶段。

1987年，Yablonvithch和John分别发现了光波通过周期性电介质结构后的色散曲线成带状，即产生了带隙，于是各自提出了光子晶体（photonic crystal）[2,3]这一新概念，推进了材料科学的发展，并由此掀起了专门研究光子晶体的热潮。

既然光波通过光子晶体能产生带隙，那么有没有一种材料当弹性波通过时也能产生带隙呢?答案是肯定的，1992年，Sigalas .和Economou .在理论上证实球形材料埋入某一基体材料中形成周期性点阵结构具有带隙特性的重要结论。

随后，Kushwaha .等人明确提出了声子晶体（phononic crystal）[4]的概念，近十几年来相关的理论和实验研究也已经证明了这一点，通过求解声波在晶体中的波动方程可以设计所需要的声子禁带和导带。

声学研究的最新成果

声学研究的最新成果近年来，随着科技的快速发展，声学研究也取得了越来越多的进展。

下面，让我们一起来探讨一下声学研究的最新成果。

一、声学成像技术的应用声学成像技术是指利用声波进行成像的技术，其应用非常广泛。

例如，医学上常见的超声波成像，就是利用声波成像技术采集人体内部的图像。

此外，声学成像技术还可以用于非破坏性检测、环境监测、地质勘探等领域。

最近，新型的声学成像技术——脉冲相干全息（PCH）成像技术，受到了广泛关注。

这种技术可以同时获得目标的相位和振幅，从而实现高分辨率的成像。

相比于传统的声学成像技术，PCH技术具有更高的速度和更高的精度。

二、声学超材料的研究声学超材料是指由人工设计的材料，可以控制声波在其中的行为。

最近，研究人员利用声学超材料设计了一种新型的声波透镜。

这种透镜可以将入射的声波经过特殊的材料结构折射，从而实现对声音的聚焦和扩散。

此外，声学超材料还可以用于声子晶体的研究。

声子晶体是一种能够控制声波在其中传播的材料，其具有很好的声学性能。

利用声学超材料设计的声子晶体可以在声学器件的应用中发挥重要作用。

三、空气中声波的传播规律研究空气中的声波传播规律是声学研究的一个重要方向。

最近，研究人员通过数值计算和实验验证，揭示了一种新型的声波传播现象——声波反弹。

研究表明，当声波遇到具有相反声波方向的界面（例如，墙壁或障碍物）时，会发生反弹现象。

这种现象的发现对于城市建设和防灾减灾有重要的意义。

例如，在警报系统中，我们可以通过声波反弹现象设计出更为高效的立体声警报器。

四、声音对人类身心健康的影响研究声音是我们日常生活中不可或缺的一部分，它对我们的身心健康有着重要的影响。

最近，研究人员对声音的影响进行了深入研究。

研究表明，特定的声音可以改善我们的注意力和情绪状态。

例如，某些自然声音（如水流声、鸟鸣声等）可以缓解焦虑症状，提高注意力和工作效率。

此外，还有一些声音被证明具有治愈效果。

例如，声波疗法就是一种利用声波治疗身体疾病的方法，其原理就是通过声波的能量调理人体内部的生物场，从而调整身体的免疫功能和生理机能。

水凝胶声子晶体用于压力传感器的原理综述

水凝胶声子晶体用于压力传感器的原理综述摘要：近年来，水凝胶因为其与生物组织相似的机械性质和化学性质，而越来越广泛地应用于表皮可穿戴设备和可植入设备。

水凝胶声子晶体是具有特殊物理结构的超材料，通过设计可以使其具有所需的声学特性。

因此，结合超声技术，水凝胶声子晶体可以作为传感器，应用于压力的监测。

当水凝胶声子晶体受到压力发生形变时，其特征频率、反射系数等声学特性就会发生变化，如果我们能通过超声监测到水凝胶声子晶体的特征频率、反射系数或者透射系数等声学特性的变化，我们就可以用水凝胶声子晶体作为压力传感器。

本文综述了水凝胶声子晶体用于压力传感器的原理。

包括水凝胶声子晶体的声学特性，目前已有的可植入传感器的材料和结构，以及超声相控阵的原理和应用。

关键词：水凝胶；声子晶体；超声；可植入传感器1 引言水凝胶材料具有高含水量、机械柔性、生物相溶性、生物功能性等特点，与生物组织相似的机械性质和化学性质。

因此，水凝胶是用于人机交互的良好材料，目前已经被广泛地应用于脑机接口、神经修复术、临床设备和医疗植入物等领域，主要用于制造表皮可穿戴设备和可植入设备[1]。

水凝胶声子晶体用于压力监测的理论基础是声子晶体的声学特性，涉及到的技术包括聚乙烯醇(PVA)水凝胶的合成、羧甲基纤维素(CMC)水凝胶的合成，使用的监测方法是超声监测。

本文综述了水凝胶声子晶体用于压力监测的原理，包括水凝胶声子晶体的声学特性、可植入传感器的材料和结构以及超声相控阵的原理和应用。

2水凝胶声子晶体的声学特性2.1在空气-水-固体上具有宽带频率可调谐声学特性的水凝胶麻省理工大学赵选贺教授团队研究了一种在空气-水-固体上具有宽带频率可调谐声学特性的水凝胶复合材料[3]。

赵选贺教授团队使用了195 mm × 205 mm × 15.5 mm(长×宽×厚)和280 mm × 110 mm × 6 mm(长×宽×厚)的两种水凝胶片，采用等间距平行通道的模式，分别将31个圆形通道和41个方形通道周期性排列嵌入在厚度方向的中间平面上。

物理学中的声子晶体

物理学中的声子晶体物理学是研究自然界最基本规律和物质运动的一门科学。

声子晶体是物理学中一个重要的研究领域，它可以用来制造更先进的材料和设备。

本文将先介绍声子晶体的概念和基本理论，接着探讨其在材料科学、电子学、光学等领域的应用和发展前景。

一、声子晶体的概念和基本理论声子是固体中传播声波的粒子，晶体是由周期性排列的原子或分子组成的物体。

声子晶体是指固体中周期性分布的声子的状态。

它是一种新型的物质，可以用来制造超材料、声波滤波器等设备。

声子晶体的概念最早由苏联科学家扎波罗托夫提出，但是直到近年来才引起了广泛的研究。

声子晶体的理论基础主要建立在固体物理学的基础之上。

在固体中，原子或分子通过化学键和其它相邻的原子或分子相互作用。

当固体受到外界扰动时，原子或分子会沿着其自身的位置振动，并将能量传递给相邻的原子或分子。

这种振动被称为声子，它可以具有不同的频率和波长。

在某些材料中，声子的分布会呈现出周期性的结构。

当声子的波长与该结构的周期相等时，声子与材料的周期结构之间会发生共振现象，从而形成声子晶体。

这种共振现象可以使声波的能量在固体内部传递时受到限制，从而对声波的传播产生影响。

二、声子晶体的应用和发展前景声子晶体在材料科学、电子学、光学等领域都有广泛的应用。

其中，最为常见的应用场景是声波滤波器。

声波滤波器可以将不同频率的声波分离开来，从而实现对声波的控制。

声子晶体作为一种新型的滤波器材料，具有更高的分离效率和更广泛的频率范围，可以应用于声学通讯、声学传感等领域。

除了声波滤波器，声子晶体还有很多其它的应用。

例如，声子晶体可以用来制造超材料，这是一种非常重要的材料，在光学和电子学中都有广泛的应用。

超材料的特殊结构使其能够具有许多独特的性质，如负折射率、超导等。

这些性质可以用来制造光学透镜、天线、微波器件等电子器件。

此外，声子晶体还可以用来控制光的传播和发射。

近年来，随着人们对光子晶体的研究深入，声子晶体也开始进入人们的视野。

浅谈声子晶体的应用研究

浅谈声子晶体的应用研究发布时间：2023-02-20T06:00:12.270Z 来源：《建筑实践》2022年10月19期作者：雷柏青[导读] 声子晶体是一种具有带隙特性的周期性复合材料雷柏青广州大学土木工程学院广东省，510006摘要：声子晶体是一种具有带隙特性的周期性复合材料，具有减振降噪，滤波聚能等重要应用价值。

本文简述了有关声子晶体的概念和研究方法，主要介绍了声子晶体在减振消能、隔声、减振防浪、以及定向波导和声聚焦等方面的应用，对声子晶体有关应用研究方面有一定的启示。

关键词：声子晶体；带隙特性；应用研究0引言：声子晶体的概念最早于1993年由Kushwaha提出[1]，用于研究进行弹性波传播或抑制弹性波传播的周期性介质，然而，关于声子晶体的研究却早已在1979年便由Narayanamurti等人完成了，当时他们研究了高频声波在GaAs/AlGaAs超晶格中的传播，而该超晶格可被视为一维声子晶体[2]。

弹性波在传播过程中与周期性结构相互作用，只有一定频率范围内的弹性波可以顺利通过周期结构进而传播出去，而其他频率范围内的弹性波则被阻挡无法传播，表现在频散关系上即为存在弹性波带隙。

因而对于具有弹性波带隙的周期性介质，声子晶体被认为是弹性波传输的载体，被纳入了弹性波传输研究领域。

由于声子晶体概念的提出至今只有近三十年，目前尚无比较成熟的应用，因而关于实际应用方面的研究仍属于现今声子晶体研究领域的重要课题。

1研究方法：带隙特性是声子晶体的主要研究对象，常用能带结构和传递特性两种方式表述。

能带结构表示声子晶体中弹性波的频散关系，研究者可以通过分析能带结构确定结构是否存在抑制弹性波传播的全通带隙和局域抑制的方向带隙，进而设计制造出所需要的设备。

另外由于实际设备不具有无限周期，弹性波在设备上的传播能力需要以传递特性来描述。

实验结果证明，有限周期声子晶体即使只拥有很少的周期数，但描述的带隙范围却与无限周期声子晶体描述的带隙范围一致，只是随着周期数量的增加，带隙范围内的弹性波衰减程度开始逐渐增大。

声子晶体理论及应用调研报告

声子晶体理论及应用调研报告摘要：声子晶体是一种新型的声学功能材料，声子晶体的研究对于固体物理学、材料科学、声学等产生了深刻的影响，并为我们进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、研究现状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、声子禁带、声学滤波器、隔振降噪一、引言光子晶体概念于1987年提出，它是一种介电常数周期性分布的电介质复合结构，可以阻止某一种频率的光波在其中的传播，被阻止的光波频率称为“光子禁带”，由此提供了一种独一无二的制裁光和电磁波的方式。

声波与光波在波动性上具有共性之处，因此可以推断由弹性材料(或振动介质)构成的周期性结构，也具有阻止某些频率的弹性振动波传播的性能。

Sigahs和Eeonomou在1992年理论研究中证明了这种推断的正确性，并发现当弹性波在周期性弹性复合介质中传播时，会产生类似光子禁带的弹性波禁带——“声子禁带”。

1993年Kushwaha等人提出了声子晶体的概念。

从此声子晶体研究，引起了世界各国的高度关注。

声子晶体是一种弹性常数周期性分布的复合结构，是一种新型的声学功能材料，在振动与噪声控制方面，具有广阔的工程技术应用前景。

二、声子晶体的概念及基本特征存在弹性波带隙、弹性常数及密度周期分布的材料或结构被称为声子晶体。

声子晶体的概念是类比光子晶体的概念提出来的。

弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系（能带结构），色散关系曲线之间的频率范围称为带隙。

理论上，带隙频率范围的弹性波传播被抑制，而其它频率范围（通带）的弹性波将在色散关系的作用下无损耗地传播。

当声子晶体的周期结构存在缺陷时，带隙频率范围内的弹性波将被局域在缺陷处，或沿缺陷传播。

在声子晶体中，与弹性波传播相关的密度和弹性常数不同的材料按结构周期性复合在一起，分布在格点上相互不连通的材料称为散射体，连通为一体的背景介质材料称为基体。

声子晶体按其周期结构的维数可分为一维、二维和三维。

声子晶体理论及应用调研报告

声子晶体理论及应用调研报告声子晶体是一种准周期结构材料，在周期性的各向同性晶格中引入局域的压缩或膨胀振动以形成一系列能隙。

声子晶体理论的研究主要包括声子能带结构、声子局域化和声子传输等方面。

声子晶体的应用涉及到声子过滤器、声子晶体光纤、声子晶体表面等领域。

首先，声子晶体的理论研究主要从声子能带结构入手。

声子能带结构是指声子在晶体中的能量-动量关系，由布拉格散射衍射理论和声子晶体的周期性边界条件所决定。

声子能带的宽度决定着声子的频率范围，而声子晶体的周期性结构则决定了能隙的形成。

研究声子能带结构可以帮助我们了解声子在晶体中的产生、传播和湮灭过程。

其次，声子晶体的研究还包括声子局域化的问题。

声子局域化是指声子在晶体中的空间分布不再是波动性质，而表现出粒子特性的现象。

声子局域化可以通过人工设计晶格结构实现，例如在非晶态或非周期的材料中引入局部周期性结构。

声子晶体的局域化特性可以用于制备声子过滤器，将特定频率范围的声子过滤掉或传输到目标位置，为声子传输提供了新的途径。

最后，声子晶体的应用方面主要包括声子晶体光纤和声子晶体表面。

声子晶体光纤是一种具有周期性结构的光纤，可以通过调整声子晶体的周期性结构来调节光的传播特性。

用声子晶体制备的光纤可以实现非线性光学效应的调制和控制，具有较高的灵活性和可调性。

声子晶体表面是指在声子晶体表面引入特定的周期性结构，以实现声子的控制和调控。

通过调整声子晶体表面的结构，可以实现声子的自由传播和局部封闭等特性，为声子学研究和器件应用提供新的思路。

总之，声子晶体是一种具有周期性结构的材料，研究声子晶体的理论和应用可以帮助我们深入了解声子的能带结构、局域化特性和传输行为，为声子学的发展和声子器件的设计提供新的思路。

随着声子晶体领域的不断发展，预计其在声子学、光学和声学等领域的应用将不断扩展。