本文選題：鐵電陶瓷 + 聲子晶體��； 參考：《湘潭大學》2015年碩士論文

【摘要】：聲子晶體是由兩種或者兩種以上材料空間周期排列形成的人工結(jié)構(gòu),其質(zhì)量密度和彈性常數(shù)呈空間周期性分布,能夠?qū)β暡ɑ蛘邚椥圆ǖ膫鞑ミM行周期調(diào)控,從而實現(xiàn)多種新奇物理效應:如禁帶、負折射、局域模式等。這些效應為研制新型功能聲學器件(如:隱身材料、隔聲材料、波導、傳感器、濾波器等)提供了堅實物理基礎(chǔ)。如何進一步靈活調(diào)控聲波或者彈性波傳播是拓寬聲子晶體應用的關(guān)鍵因素。在不改變聲子晶體幾何構(gòu)成和材料組分的同時,對其特性進行調(diào)控,將會實現(xiàn)聲子晶體的智能化應用,具有重要的研究價值。為了實現(xiàn)這一目標,本研究工作使用鈦酸鍶鋇-Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)鐵電陶瓷材料制備一種聲子晶體板,研究其溫度可調(diào)控性能和在操控微納米顆粒上的應用。通過BST聲子晶體板實現(xiàn)對增強透射峰溫度調(diào)控的研究:制備鍶鋇元素比為3:7的鈦酸鍶鋇。經(jīng)制備和測量,該BST鐵電陶瓷在293 K為四方相,其縱波速度和橫波速度小于313 K的立方相,由此可實現(xiàn)聲子晶體在293 K和313 K下聲學性能的調(diào)控。具體表現(xiàn)為通過對設(shè)計的聲子晶體板仿真模擬,在293 K時,入射平面波在2.47 MHz和3.35 MHz會產(chǎn)生增強透射效應,而把溫度升高至313K,其增強透射峰的頻率為2.93 MHz和4.07 MHz,偏移量達到了19%和21%。同樣,實驗測量結(jié)果表明,第一和第二個增強透射峰,由293 K的2.40 MHz和3.33 MHz偏移到313 K的2.83 MHz和3.94 MHz,偏移量有18%,理論結(jié)果預實驗結(jié)果匹配良好。最后從物理機制上分析了該增強透射效應的產(chǎn)生和偏移,該增強透射峰是由聲子晶體對Lamb波的調(diào)制作用產(chǎn)生,其增強透射頻率與縱波速度和橫波速度有關(guān),所以偏移由溫度變化引起B(yǎng)ST的相變決定�；贐ST聲子晶體板的聲輻射力受溫度調(diào)控的研究:聲輻射力受聲場形態(tài)影響,可以由聲子晶體板所調(diào)控。通過仿真模擬分析了基于BST的聲子晶體板對聲輻射力的溫度調(diào)控作用,在293 K下顆粒受到負向(靠近聲子晶體板的吸引力)的聲輻射力,而在313 K下顆粒受到正向(遠離聲子晶體板的排斥力)聲輻射力的作用。而且293 K時負向聲輻射力大小是313 K時正向聲輻射力大小的3倍之多。通過場分布和能帶結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),這種區(qū)別是由于在293 K時,聲場分布為倏逝場,而313 K時聲場分布為行波場。這些結(jié)論對拓展鐵電陶瓷在聲子晶體上的應用,提高溫度調(diào)控聲子晶體的應用價值,有著重要的意義。
[Abstract]:The phononic crystal is an artificial structure formed by space cycle of two or more than two kinds of materials. Its mass density and elastic constants are spatially periodic, and can regulate the propagation of sound waves or elastic waves periodically, so as to achieve a variety of novel physical effects, such as the forbidden band, negative refraction and local mode. Type functional acoustic devices (such as stealth materials, sound insulation materials, waveguides, sensors, filters, etc.) provide a solid physical basis. How to further flexibly regulate the propagation of sound waves or elastic waves is a key factor in broadening the application of phononic crystals. In order to realize the intelligent application of phononic crystal, it has important research value. In order to achieve this goal, a kind of phononic crystal plate is prepared by using barium strontium titanate -Ba0.7Sr0.3TiO3 (BST) ferroelectric ceramics. The temperature controllable performance and the application on the manipulation of micro nano particles are studied. The enhancement of the enhancement is achieved through the BST phonon crystal plate. Study on the regulation of transmission peak temperature: preparing barium strontium titanate with the ratio of strontium barium to 3:7. After preparation and measurement, the BST ferroelectric ceramic is tetragonal in 293 K, its longitudinal wave velocity and the shear wave velocity are less than 313 K cubic phase, thus the acoustic properties of the phononic crystals under 293 K and 313 K can be regulated. The specific performance is the sound crystal through the design of the phononic crystal. In the plate simulation, at 293 K, the incident plane waves will increase the transmission effect at 2.47 MHz and 3.35 MHz, and increase the temperature to 313K. The frequency of the enhanced transmission peak is 2.93 MHz and 4.07 MHz. The offset is equal to 19% and 21%.. The experimental results show that the first and second enhanced transmission peaks are offset by 2.40 MHz and 3.33 MHz of 293 K. To 313 K 2.83 MHz and 3.94 MHz, the offset is 18%, the theoretical results are well matched. Finally, the generation and migration of the enhanced transmission effect is analyzed from the physical mechanism. The enhanced transmission peak is produced by the modulation effect of the phononic crystal on the Lamb wave, and its enhanced radio-frequency rate is related to the longitudinal and transverse velocity and the transverse wave velocity, so the migration of the enhanced transmissive rate is related to the wave velocity. The phase transition of BST is determined by the temperature change. The sound radiation force based on the BST phonon crystal plate is controlled by the temperature control. The sound radiation force is influenced by the sound field shape. The sound radiation force can be controlled by the phonon crystal plate. The temperature regulation effect of the phononic crystal plate based on BST is simulated and analyzed. The particle is negatively (close to) under 293 K. The sound radiation force of the phononic crystal plate, while at 313 K, is affected by the sound radiation force of the positive (away from the phonon crystal plate repelling force). And the negative acoustic radiation force at 293 K is more than 3 times the size of the positive acoustic radiation force at 313 K. The difference is found by the field distribution and the band structure analysis. The difference is due to the sound at 293 K. The field distribution is evanescent field, while the sound field of 313 K is traveling wave field. These conclusions are of great significance for expanding the application of ferroelectric ceramics in phononic crystals and improving the application value of temperature regulated phonon crystals.
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ174.1;O735

【共引文獻】

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本文編號：2035430