获得缺陷态的两种二维声子晶体结构制造技术

本发明专利技术公开了一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构，本发明专利技术所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，二维晶格单元由相互平行的水柱体及缺陷水柱体在水银中按二维晶格排列；二维晶格单元的水柱体至少五层，二维晶格的晶格常数a为1～10cm；所述的二维声子晶体结构由一种或几种密度不同的多层单元叠加组成，本发明专利技术获得缺陷态的二维声子晶体结构不需要改变柱体几何形状或其材料性质，只需简单的位置调节，即可获得缺陷态，制作工艺简单，可设计性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构。
技术介绍
人们在光子晶体的研究方面已取得了重大进展，鉴于声子晶体与光子晶体的类比性，近十年来，声子晶体逐渐成为了新的研究热点。声子晶体的一个重要特征是其声波带隙，即在该带隙频率范围内弹性波(声波)不能通过声子晶体。人们进一步研究又发现，如果在具有周期性结构的声子晶体中引入缺陷，则可能在原本不允许声波通过的带隙(或禁带) 中出现声子能带，称之为缺陷能带，对应的状态称为缺陷态，这使得声子晶体具有广阔的实际应用前景，比如，我们可以根据这一新思想和新理论设计和制造出一种获得某种特定频率缺陷带的材料。声子晶体材料可望在环保和建筑工业中得到广泛应用。目前声子晶体中引入缺陷的方法通常是改变材料、散射体形状和方位、晶格结构、填充率。本方法改变散射体的位置使其产生缺陷态，此方法对制备技术要求相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为第一种获得缺陷态的二维声子晶体结构所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的第一水柱体2及第一缺陷水柱体3 在水银中按二维晶格排列；所述第一水柱体2和第一缺陷水柱体3的半径相等，其半径是O.12a O. 26a ;改变第一缺陷水柱体3的位置，使其位于偏离上述二维晶格单元排列中心的距离为O. OOla (O. 50a-rrf),其中a为晶格常数,为第一缺陷水柱体半径；第二种获得缺陷态的二维声子晶体结构所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的第二水柱体5在水银中按二维晶格排列，在中心元胞内插入一个第二缺陷水柱体6 ;所述第二水柱体5和第二缺陷水柱体6 的半径相等，其半径是O. IOa O. 25a，所述第二缺陷水柱体6位于偏离上述二维晶格单元排列中心的距离为(O. ^0a-ro-rd)— O. 50a,其中a为晶格常数分别为第二水柱体(5) 半径，第二缺陷水柱体6半径；所述的二维晶格单元的水柱体至少五层，所述二维晶格的晶格常数a为I 10cm。所述的二维声子晶体结构由一种或几种密度不同的多层单元叠加组成。所述二维晶格单元排列结构为平行四边形、矩形、正方形或六角形。所述二维晶格单元排列结构为正方形。上述第一水柱体2和第一缺陷水柱体3及第二水柱体5半径和第二缺陷水柱体6 的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形或六边形。上述第一水柱体2和第一缺陷水柱体3及第二水柱体5半径和第二缺陷水柱体6 的横截面形状为圆形。所述结构一中柱体的体积份数比为12. 56%，结构二中柱体的体积份数比为3.14%。上述二维声子晶体结构是由水和水银这两种密度不同的单元叠加而成的其中， 水柱体的密度为p=L0xlD3.Cg/ffl3 , 纵波波速Q =HxlO3Ws ,水银的密度为P= 13.5 XI Q3Igh3,纵波波速Q =1.45xld3ffih。所述第一缺陷水柱体3及第二缺陷水柱体6沿各个不同方向偏离二维晶格单元排列中心。上述第一水柱体2和第一缺陷水柱体3及第二水柱体5半径和第二缺陷水柱体 6由聚苯乙烯PS材料包裹制成水柱体；其中聚苯乙烯的密度为I. 05X 103kg/m3，体积模量2.19 X IO9Pa,薄层的厚度。声子晶体中声波带隙的产生和大小主要受以下因素影响一、组成介质的质量密度、弹性常数、声波速度等物理参数；二、分散介质的几何形状、体积分数和排列方位；三、 晶体的排列结构。通过调节和改变这些因素即可获得满足特定频率要求的声子晶体。基于上述三方面因素的考虑及现实可行性要求，选择水柱体排列于水银中构成的声子晶体。比如，将相互平行的水柱体在水银中作周期性排列而构成的二维声子晶体。由五层水柱在水银中按正方晶格排列而成的声子晶体结构，即使引入点缺陷，也不会打破系统晶格的周期性，所以由五层水柱体构成的声子晶体结构已可以达到要求。本专利技术的有益效果本专利技术所提供的一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构，其方式与已有的学者作出的研究完全不同，不需要改变柱体几何形状或其材料性质，只需简单的位置调节，即可获得缺陷态，制作工艺简单，可设计性强。附图说明图I表不由水柱体按正方晶格排列于水银中每五行五列改变缺陷水柱体的位置(沿对角线方向)的二维声子晶体能带结构图，其中结构一中柱体的体积份数比为 12. 56%，结构二中柱体的体积份数比为3. 14% ；图2为实施例的结构一的横截面示意图；图3为实施例的结构二的横截面示意图；图4为实施例中结构一对应产生的缺陷带频率随位置变化的示意图；图5为实施例中结构二对应产生的缺陷带频率随位置变化的示意图。具体实施方式对于由水柱体分散于水银中所形成的二维声子晶体，柱体横截面形状可以是圆形、椭圆形、正方形、矩形、三边形、六边形等，排列结构也可以取平行四边形、矩形、正方形或六角形等二维晶格。经计算分析发现，柱体横截面形状为圆形且按正方形晶格排列时，比其它形状的柱体和晶格结构可产生较明显的缺陷态。本专利技术即采用此最优结构，即在水银背景中将水柱体体按正方形晶格平行排列，结构一每五行五列改变缺陷水柱体的位置(沿对角线方向，实施案例中缺陷圆柱体的半径为O. 20a),结构二每五行五列在中心元胞内沿对角线方向插入一个缺陷水柱体(实施案例中缺陷圆柱体的半径为O. IOa)ο实施实例本实施例选择的是水(其弹性参数为密度O XlD3ITg/ 3，纵波波速q=L4Sxl05s/s )在水银(其弹性参数为密度P= 13.5XICl3^TgZiS3,纵波波速Cl=IASyAO3MZs )背景中按如上所述的最优结构构成的二维声子晶体。此时声子晶体的能带结构如图I所示。图2，3分别为本实施例的结构一和结构二的横截面示意图，由两个五层结构单元组成，其中结构一的缺陷水柱体半径为O. 20a，结构二的缺陷水柱体半径为O.10a，小方格的边长晶格常数为a Ca为I 10cm)。图4、5分别为缺陷带频率随缺陷柱体距原点的距离变化示意图。此实施方案对获得满足某种特定频率要求的声子晶体方法简单、可设计性强。权利要求1.一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构，其特征在于第一种获得缺陷态的二维声子晶体结构所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的第一水柱体(2)及第一缺陷水柱体(3)在水银中按二维晶格排列；所述第一水柱体(2)和第一缺陷水柱体(3)的半径相等，其半径是O. 12a O. 26a ;改变第一缺陷水柱体(3)的位置，使其位于偏离上述二维晶格单元排列中心的距离为O. OOla (O. 50a-rrf),其中a为晶格常数，为第一缺陷水柱体半径；第二种获得缺陷态的二维声子晶体结构所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的第二水柱体(5 )在水银中按二维晶格排列，在中心元胞内插入一个第二缺陷水柱体(6);所述第二水柱体(5)和第二缺陷水柱体(6)的半径相等，其半径是O. IOa O. 25a，所述第二缺陷水柱体(6)位于偏离上述二维晶格单元排列中心的距离为(O. ^a-r0-rd^ O. 50a,其中a为晶格常数，rd分别为第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构，其特征在于：第一种获得缺陷态的二维声子晶体结构：所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的第一水柱体（2）及第一缺陷水柱体（3）在水银中按二维晶格排列；所述第一水柱体（2）和第一缺陷水柱体（3）的半径相等，其半径是0.12a～0.26a；改变第一缺陷水柱体（3）的位置，使其位于偏离上述二维晶格单元排列中心的距离为0.001a～（0.50a？rd），其中a为晶格常数，rd为第一缺陷水柱体半径；第二种获得缺陷态的二维声子晶体结构：所述的二维声子晶体结构由若干个二维晶格单元周期排列组成，所述的二维晶格单元由相互平行的第二水柱体（5）在水银中按二维晶格排列，？在中心元胞内插入一个第二缺陷水柱体（6）；所述第二水柱体（5）和第二缺陷水柱体（6）的半径相等，其半径是0.10a～0.25a，所述第二缺陷水柱体（6）位于偏离上述二维晶格单元排列中心的距离为（0.50a？r0？rd）～0.50a，其中a为晶格常数，r0，rd分别为第二水柱体（5）半径，第二缺陷水柱体（6）半径；所述的二维晶格单元的水柱体至少五层，所述二维晶格的晶格常数a为1～10cm。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴福根，何云，张欣，姚源卫，闫舒雅，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：