一种可调带隙的声子晶体及制备方法技术

一种可调带隙的声子晶体，包括散射体硅棒和基体PDMS，基体PDMS呈二维周期结构排列，通过XY模式下的波动方程得出基体PDMS的硬度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而定量的达到人为控制声子晶体带隙的目的。以及提供一种可调带隙的声子晶体的制备方法。本发明专利技术能解决为获得不同的禁带范围而多次重新制备声子晶体的问题，有效再次调整带隙，从而降低实验成本。

A Phononic Crystal with Adjustable Band Gap and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种可调带隙的声子晶体及制备方法
本专利技术涉及声子晶体领域，尤其是可调带隙的声子晶体及制备方法。
技术介绍
声子晶体(PhononicCrystals)，即弹性常数及密度周期分布的材料或结构。弹性波在声子晶体中传播时，受其内部结构的作用，在一定频率范围(带隙)内被阻止传播，而在其他频率范围(通带)可以传播。目前，常规的声子晶体存在着一旦制备完成则无法再次调整带隙的问题。如果得到的声子晶体和实际需要的带隙范围有偏差则需要重新制备。
技术实现思路
为了克服已有声子晶体的无法再次调整带隙的不足，本专利技术提供了一种有效再次调整带隙的可调带隙的声子晶体及制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调带隙的声子晶体，包括散射体硅棒和基体PDMS，基体PDMS呈二维周期结构排列，该声子晶体XY模式下的波动方程为：ρ(r)uxy(r,t)＝[λ(r)+μ(r)]▽▽·uxy(r,t)+μ(r)▽2uxy(r,t)其中，ρ(r)为该材料的密度参数，λ(r),μ(r)分别为拉梅第一参数和拉梅第二参数，它们统称为材料参数；uxy(r,t)表示在位置矢量r下的位移函数，t表示时间分量，下标x、y表示位移，仅与x、y坐标有关；▽是矢量微分算符，▽2是二阶矢量微分算符，也叫拉普拉斯算符；通过该公式得出基体PDMS的硬度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而定量的达到人为控制声子晶体带隙的目的。一种可调带隙的声子晶体的制备方法，包括以下步骤：步骤1、计算配比溶液主剂与硬化剂以质量比10：1比例混合均匀，根据需要的PDMS体积，分别计算出两种溶液的体积；步骤2、配制混合液，过程如下：2.1)量筒量好两种所需溶液；2.2)加入烧杯中，采用搅拌器均匀搅拌5min；2.3)倒入培养皿；步骤3、基体固化，过程如下：3.1)真空脱泡：将培养皿放近真空室，抽泣20min；3.2)固化；加热固化：真空脱泡后，将培养皿放置加热装置内，调节温度与时间参数将会制作出不同硬度的基体PDMS；步骤4、将散射体硅棒和基体PDMS形成可调带隙的声子晶体。本专利技术中，基体才用了PDMS。它有如下的优点:价格便宜,可大规模生产；制备容易,耗时短；容易封装；耐用性好,可重复使用；具有良好的生物适应性和气体通透性；良好的绝缘性和热学稳定性。另外,PDMS具有很好的柔性,这样使得它可以与相对粗糙的表面很好的接触,这个特性使得PDMS成为一种很好的浇铸材料；PDMS还可以提供一个化学惰性的表面。制备PDMS过程中，调节烤箱中温度与时间参数将会制作出不同硬度的PDMS。由于不同的PDMS弹性模量，导致了基体不同的材料参数。改变了基体材料参数，从而达到定量改变声子晶体带隙的目的。本专利技术的有益效果主要表现在：能解决为获得不同的禁带范围而多次重新制备声子晶体的问题，有效再次调整带隙，从而降低实验成本。附图说明图1为实验用二维声子晶体结构示意图。图2为实验获得的能带结构及频散关系。图3为实验获得的PDMS配比浓度和应力应变曲线关系。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1和图2，一种可调带隙的声子晶体，包括散射体硅棒和基体PDMS，基体PDMS呈二维周期结构排列，该声子晶体XY模式下的波动方程为：ρ(r)uxy(r,t)＝[λ(r)+μ(r)]▽▽·uxy(r,t)+μ(r)▽2uxy(r,t)其中，ρ(r)为该材料的密度参数，λ(r),μ(r)分别为拉梅第一参数和拉梅第二参数，它们统称为材料参数；uxy(r,t)表示在位置矢量r下的位移函数，t表示时间分量，下标x、y表示位移，仅与x、y坐标有关；▽是矢量微分算符，▽2是二阶矢量微分算符，也叫拉普拉斯算符；通过该公式得出基体PDMS的硬度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而定量的达到人为控制声子晶体带隙的目的。所述基体PDMS也可以以为或三维周期结构排列的方式，原理与上述类似。一种可调带隙的声子晶体的制备方法，包括以下步骤：步骤1、计算配比溶液主剂与硬化剂以质量比10：1比例混合均匀，根据需要的PDMS体积，分别计算出两种溶液的体积；步骤2、配制混合液，过程如下：2.1)量筒量好两种所需溶液；2.2)加入烧杯中，采用搅拌器均匀搅拌5min；2.3)倒入培养皿；步骤3、基体固化，过程如下：3.1)真空脱泡：将培养皿放近真空室，抽泣20min；3.2)固化；加热固化：真空脱泡后，将培养皿放置加热装置内，调节温度与时间参数将会制作出不同硬度的基体PDMS；步骤4、将散射体硅棒和基体PDMS形成可调带隙的声子晶体。如图1所示，实验取二维声子晶体的晶格常数a＝40um，散射体硅棒直径32um，厚度20un，基体PDMS。所述步骤3.2中，加热固化：真空脱泡后，将培养皿放置加热装置内，加热60至摄氏度60min。图2所示，为通过COMSOL软件模拟后得到的能带结构。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调带隙的声子晶体，其特征在于，包括散射体硅棒和基体PDMS，基体PDMS呈二维周期结构排列，该声子晶体XY模式下的波动方程为：

【技术特征摘要】
1.一种可调带隙的声子晶体，其特征在于，包括散射体硅棒和基体PDMS，基体PDMS呈二维周期结构排列，该声子晶体XY模式下的波动方程为：其中，ρ(r)为该材料的密度参数，λ(r),μ(r)分别为拉梅第一参数和拉梅第二参数，它们统称为材料参数；uxy(r,t)表示在位置矢量r下的位移函数，t表示时间分量，下标x、y表示位移，仅与x、y坐标有关；是矢量微分算符，是二阶矢量微分算符，也叫拉普拉斯算符；通过该公式得出基体PDMS的硬度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而定量的达到人为控制声子晶体带隙的目的。2.一种如权利要求1所述的可调...

【专利技术属性】
技术研发人员：诸骏，吴化平，陈宇丹，刘振东，
申请(专利权)人：宁海县浙工大科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33