聲波人工結(jié)構(gòu)材料概述研究

1、聲波人工結(jié)構(gòu)材料概述研究單擊此處添加副標(biāo)題匯報(bào)人姓名聲子晶體（a）聲波人工結(jié)構(gòu)材料表面結(jié)構(gòu)（aa）聲波人工結(jié)構(gòu)材料分類：實(shí)驗(yàn)儀器：針對(duì)不同環(huán)境以及波長(zhǎng)Panametrics 超聲掃描系統(tǒng)激光測(cè)振儀理論計(jì)算方法： 平面波展開方法 時(shí)域有限差分方法 多重散射理論方法 成熟軟件，如 Comsol水中，mm空氣中, mmmB & K聲學(xué)/振動(dòng)分析測(cè)試系統(tǒng)固體中, um聲子晶體（Phononic crystals）晶體原子或分子周期性地排列的結(jié)構(gòu)不均勻性尺度：原子大小， 量級(jí)對(duì)波長(zhǎng) 的波，如電子波、格波等有強(qiáng)的散射作用 具有豐富的能帶結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)Bragg 帶隙聲子晶體不同介質(zhì)周期性分布的結(jié)構(gòu)宏觀不均勻

2、尺度：微米量級(jí)以上，連續(xù)介質(zhì)波動(dòng)方程描述 對(duì)接近晶格尺度的聲波長(zhǎng)有強(qiáng)散射作用新奇性質(zhì)？潛在應(yīng)用？1.聲波帶隙R. Martinez-Sala et al., Nature 378(1995) 241First experiment: Sound attenuation by sculptureM.S. Kushwaha et al., PRL 71 (1993) 2022.Band structureBand gap正常折射負(fù)折射負(fù)折射平板成像2.通帶性質(zhì)負(fù)折射及成像C. Qiu et al., PRB 71,054302 (2005)反常色散3.和通常量子系統(tǒng)的類比（波的共性）S. Yang

3、 et al., PRL 88 (2002) 104301單勢(shì)壘隧穿效應(yīng)其它：Zenner隧穿、Bloch 振蕩、Zitterbewegung 振蕩Vg LVp const4. 聲子晶體潛在應(yīng)用定向聲發(fā)射C. Qiu et al., APL 86, 224105 (2005)聲波二極管J. C. Cheng et al, Nat. Mater. (2010)帶隙頻率帶隙頻率聲子晶體非線性介質(zhì)聲子晶體頻率改變非線性介質(zhì)聲超常材料 (Acoustic metamaterials)通常定義：它是一種具備非同尋常的聲傳播特性的人工復(fù)合材料，可以是 周期性的，也可以是無序的。它要求結(jié)構(gòu)單元尺度遠(yuǎn)小于工作

4、 波長(zhǎng)，可有效地視為均勻介質(zhì)。根據(jù)結(jié)構(gòu)單元的特性，超常材料可以分為局域共振型和非局域 共振型兩類。局域共振型 負(fù)材料參數(shù)非局域共振型 極端材料參數(shù) 如強(qiáng)各向異性Locally resonant sonic materials,Z. Liu et al., SCIENCE 289, 1734 (2000)有效質(zhì)量密度為負(fù)-8-4048 ()/0ee局域共振型聲超常材料Epoxy Rubber Pb 103 aZ Liu et al., PRB, 71, 014103 (2005)加速 0, 0, 0ct / cl ( 2)/ N. FANG et al.,Nature Materials 5,

5、452 (2006)體模量為負(fù)管內(nèi)體模量可變?yōu)樨?fù)-帶隙！局域共振型聲超常材料質(zhì)量密度和彈性常數(shù) 同時(shí)為負(fù)的縱波帶Y. Ding et al., PRL 99, 093904(2007)質(zhì)量密度和體模量同時(shí)為負(fù)局域共振型聲超常材料Bltc B real numberc imaginary numberF. Cervera et al., PRL 88, 023902 (2002)非局域共振型聲超常材料有效波速和有效阻抗應(yīng)用：空氣中的凸透鏡折射率大于空氣， 低阻抗導(dǎo)致高透射Intuition :csteel ce cairTruth: ce cair2D超常材料有效質(zhì)量密度非局域共振型聲超常材料I

6、ntuition: volume average, extensively usedBerryman, (1983). Curious, but not well-accepted Dv !Proved strictlyby theoretical derivation !J. Mei et al., PRL 96, 024301 (2006)Slippage cause mass loss!/50J. Zhu et al., Nat. Phys. 7, 52 (2011).利用波導(dǎo)模亞波長(zhǎng)成像聲超常材料應(yīng)用1Theory,experimentF. Liu et al., PRE 80, 02

7、6603 (2009)H. Jia et al., APL 97, 173507 (2010)形式不變，不同的物理事實(shí)對(duì)應(yīng)相同數(shù)學(xué)解光隱形J. B. Pendry et al, Science 312, 1780 (2006)Optical paths are determined by phase changeChange of refractive index change of length scale聲超常材料應(yīng)用2變換光學(xué)L. S. Dolin et al. Radiofizika 4, 964 (1961);幾何光學(xué)解釋 k0n x k0n(x) x S. Zhang, C. Xi

8、a, and N. Fang, PRL 106, 024301 (2011)變換聲學(xué)和聲隱身聲波波動(dòng)方程坐標(biāo)變化形式不變表面結(jié)構(gòu)體波-表面結(jié)構(gòu)耦合反常透射表面波-表面結(jié)構(gòu)耦合SPPs+sturcture？光反常透射T.W. Ebbesen, et al. Nature 391, 667 (1998)表面波共振動(dòng)態(tài)衍射F-P共振共同作用體波-結(jié)構(gòu)耦合M. Lu et al.,PRL 99, 174301 (2007)聲反常透射： 衍射&F-P共振聲反常透射：Lamb波Z. He et al., PRL 105, 074301 (2010)J. Christensen et al.,Nat. Physics 3 (2007)851表面結(jié)構(gòu)誘發(fā)聲定向輻射Without opening超薄表面結(jié)構(gòu)對(duì)聲場(chǎng)的任意調(diào)控K. Tang et al, Sci. Rep. 4,6517(2014)K. Tang et al, JAP. 117,024503(2015)F. Liu et al., APL 94, 023