一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体及调节方法技术

一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，包括散射体、定位装置、中心定位柱和步进电机，散射体由形状记忆合金制成，散射体周围填充流体基体，散射体呈长方体形式，长方体的边角为圆角；中心定位柱设置在散射体一端，定位装置的中心设置有定位孔，中心定位柱穿过定位孔与步进电机连接。本发明专利技术通过步进电机带动散射体旋转和/或通过加热装置改变散射体温度调节上述声子晶体的带隙。本发明专利技术调节方法具有调节能带宽、调节方式简单的特点，同时可用于声子晶体中点缺陷、线缺陷的设计，可为声子晶体结构添加禁带和导波通道，动态的缺陷态设置对可调频的声滤波器、声谐振器等电子元件的设计具有重要的意义，从而达到动态控制声波传播的目的。目的。目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体及调节方法


[0001]本专利技术涉及声子晶体领域，具体涉及一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体及调节方法。

技术介绍

[0002]声子晶体作为一种人工周期性结构的最大特点在于它的可设计性，对于声子晶体设计，一般是通过计算后选取相应的组成材料和结构参数。通常情况下，对于组元为普通材料的声子晶体来说，一旦加工制造出来，由于材料和结构参数被确定，其振动带隙的位置和宽度也是唯一确定的。当振源频率范围发生变化，声子晶体的带隙无法适应这种变化。如果能够在使用过程中根据需要人为改变带隙的大小和范围，将使声子晶体的带隙设计更为灵活,并由此带来新的应用方式。并且，在声子晶体的应用中，通常会根据需要在完美周期的声子晶体板中添加缺陷，在二维声子晶体中的点缺陷、线缺陷的人为制造，为声子晶体结构添加禁带和导波通道，从而达到控制声波传播的目的，动态的缺陷态设置对可调频的声滤波器、声谐振器等电子元件的设计具有重要的意义，从而达到动态控制声波传播的目的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体结构及调节方法，克服已有声子晶体的无法调节带隙、调节带隙范围窄、调节方式繁琐单一的不足。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，包括散射体、定位装置、中心定位柱和步进电机，散射体由形状记忆合金制成，散射体呈长方体形式，长方体的边角为圆角，所述圆角的半径为R；所述中心定位柱设置在散射体一端，所述定位装置的中心设置有定位孔，所述中心定位柱穿过定位孔与步进电机连接。
[0006]优选地，所述形状记忆合金制成的散射体填充率为56％以上。
[0007]常规直角正方立柱为防止旋转时的相互干扰，其散射体的填充率f≤0.5(l为散射体的宽度，a为声子晶体原胞的晶格常数)，而当f≤0.5时会存在声子晶体的带隙较窄的问题。本专利技术对形状记忆合金的散射体进行圆角处理后，解决了散射体填充率f≤0.5的带隙较窄和f≥0.5散射体旋转时相互干扰的问题，同时可将散射体的填充率提高到0.56(虽然f会因((2R)2‑
πR2项减少，但因圆角的存在，l可以设定更大，f可增大)以上，实现了在旋转较小角度时即可实现带隙调节。
[0008]优选地，所述散射体还设有加热装置，加热装置通过导线与电源连接。
[0009]优选地，所述散射体的每个侧面均设有凹槽，槽宽为b，槽深为c。设置凹槽后虽然小范围地降低了散射体的填充率，但因降低了散射体的对称性，对弹性波传播的散射作用增强，声子晶体更容易出现带隙和产生更宽的带隙，且带隙在散射体不旋转时即可存在。设
有凹槽后填充率根据槽的大小而略有减小。
[0010]优选地，所述散射体周围填充流体基体，所述流体基体为气体或液体，所述液体为水或甲醇。所述基体的选取可以为空气、水等与散射体声阻抗相差较大、流动性好的流体材料，所述形状记忆合金为双程形状记忆合金。基体与形状记忆合金散射体的密度、杨氏模量、声阻抗等参数相差越大，越容易出现带隙。基体粘度较小时可以实现散射体旋转后不留间隙。
[0011]优选地，所述声子晶体为二维流/固型声子晶体，由多个散射体以正方晶格方式排列。
[0012]优选地，所述中心定位柱和步进电机之间还设置有传动机构。散射体在一排或一列旋转相同角度时，所述传动机构可提高旋转的效率和精度。
[0013]本专利技术还提供一种基于形状记忆合金的声子晶体带隙调节方法，通过步进电机带动散射体旋转和/或通过加热装置改变散射体温度调节上述声子晶体的带隙。
[0014]优选地，所述步进电机带动散射体旋转方式为：步进电机带动散射体合金旋转，使散射体旋转到预设角度，使声子晶体能带结构发生改变；所述预设角度由具体的点缺陷、线缺陷而定。
[0015]优选地，所述改变散射体温度方式为：通过加热装置加热散射体，当散射体温度达到A
s
(奥氏体转变开始的温度)时，散射体开始奥氏体相变，当散射体温度达到A
f
(奥氏体转变结束的温度)时，散射体结束奥氏体相变，此时杨氏模量发生对应的变化；所述散射体在降温过程中，散射体的杨氏模量将会发生相反的变化；所述杨氏模量变化会引起声子晶体能带结构发生改变；所述散射体杨氏模量的变化根据具体的点缺陷、线缺陷而定。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1、本专利技术创造性地对可旋转调节带隙的声子晶体正方散射体进行圆角处理，突破了可旋转正方散射体声子晶体填充率f≤0.5的带隙较窄的现象，将可旋转正方散射体声子晶体填充率提高到0.56以上，实现了在旋转更小角度时即可出现带隙。
[0018]2、本专利技术创造性地对散射体开设凹槽，虽小范围地降低了填充率，但却促进了带隙在不旋转时即可存在。
[0019]3、本专利技术利用了形状记忆合金在马氏体向奥氏体转变前后杨氏模量的大范围变化，与正方散射体的旋转共同调节声子晶体能带结构。
[0020]4、本专利技术调节方法具有调节能带宽、调节方式简单的特点，同时可用于声子晶体中点缺陷、线缺陷的设计，可为声子晶体结构添加禁带和导波通道，动态的缺陷态设置对可调频的声滤波器、声谐振器等电子元件的设计具有重要的意义，从而达到动态控制声波传播的目的。
附图说明
[0021]下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：
[0022]图1为本专利技术周期性单元的立体结构示意图。
[0023]图2为本专利技术二维声子晶体的周期性单元的排列示意图。
[0024]图3为本专利技术二维声子晶体原胞模型。
[0025]图4为本专利技术二维声子晶体散射体旋转0
°
，散射体为奥氏体时的能带结构。
[0026]图5为本专利技术二维声子晶体散射体旋转0
°
，散射体为马氏体时的能带结构。
[0027]图6为本专利技术二维声子晶体散射体旋转0
°
，散射体不设凹槽为马氏体时的能带结构。
[0028]图7为本专利技术二维声子晶体散射体旋转0
°
、15
°
、30
°
、45
°
时在Γ
‑
X方向的传输曲线。
[0029]图8为本专利技术二维声子晶体散射体旋转45
°
，设置散射体旋转0
°
线缺陷的马氏体状态下声子晶体声压模态图。
具体实施例
[0030]以下通过特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]实施例1：
[0032]一种基于形状记本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，其特征在于，包括散射体、定位装置、中心定位柱和步进电机，散射体由形状记忆合金制成，散射体呈长方体形式，长方体的边角为圆角；所述中心定位柱设置在散射体一端，所述定位装置的中心设置有定位孔，所述中心定位柱穿过定位孔与步进电机连接。2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，其特征在于，所述散射体还设有加热装置，加热装置通过导线与电源连接。3.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，其特征在于，所述形状记忆合金制成的散射体填充率为56％以上。4.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，其特征在于，所述散射体的每个侧面均设有凹槽。5.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，其特征在于，所述散射体周围填充流体基体，所述流体基体为气体或液体，所述液体为水或甲醇；所述形状记忆合金为双程形状记忆合金。6.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金可调带隙的声子晶体，其特征在于，所述声子晶体为二维流/固型声子晶体，由多个散射体以正方晶格方式排列。7.根据权利要求6所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪华伟，杨帆，戚安琪，吕博，穆东方，饶忠于，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：