[发明专利]基于周期热场的频率可调控一维声子晶体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于周期热场的频率可调控一维声子晶体及其制备方法。所述声子晶体包括：若干三维的声子晶体单胞(1)及位于各相邻的所述声子晶体单胞(1)之间的加热电路(2)，其中所述三维声子晶体单胞(1)由具有弹性模量对温度敏感特性的聚合物材料形成，所述加热电路(2)在相邻的所述声子晶体单胞(1)间自上至下呈蛇形蜿蜒或形成螺旋形环路，并相互连通。本发明可获得基于热场的、可对弹性波调控的一维均一声子晶体，其可通过改变加热功率连续调节声子晶体的带隙位置及带隙宽度，克服了传统声子晶体无法调节带隙、调节带隙范围窄、调节方式繁琐单一的不足。

技术领域

本发明涉及声子晶体的技术领域。

背景技术

弹性波在周期性结构中传播时，会出现特定频率传播效率显著降低的现象，这种具有弹性波带隙效应的周期性结构被称为声子晶体。一般情况下，一旦声子晶体的相关参数确定，其带隙的位置及宽度也随之确定，在不改变参数的情况下无法改变。因此，在实际应用过程中，需要改变声子晶体的相关参数，从而对弹性波带隙进行调控，使结构更灵活地适应多个弹性波频段，这种改变结构本身与材料的方法不仅过程繁冗且成本较高，且不能根据所需频段及时调节频率。针对该问题，一种有效而便捷的方法是直接利用材料的温度敏感特性进行调控。

现有的通过温度调控带隙的声子晶体，采用的都是多种组分，其基体与散射体采用不同的材料，这些声子晶体的制备过程相对繁琐，需要分别制备基体与散射体并完成组装。并且，基体与散射体之间存在明显的界面，在加工过程中不可避免地会出现一定的误差，使得制备后得到的实物中散射体与基体之间的相对位置与设计图存在偏差，影响声子晶体的带隙特性。

另外，现有的通过温度调控频率带隙的声子晶体，基底采用的是弹性模量较低的材料，散射体大部分采用的是形状记忆合金材料，这类材料的杨氏模量大，且具有两种相，其在低温状态下为杨氏模量较低的马氏体相在高温状态下为杨氏模量较高的奥氏体相。通过温度的变化，引起散射体杨氏模量的变化，从而实现带隙调控。然而，形状记忆合金具有工作温度窗口窄、循环稳定性差、高温热软化等缺点，使其发展和应用受到限制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可采用对温度敏感的单一材料，仅依靠其内部热场分布引起的材料弹性模量差异来获得一维声子晶体的带隙的新型声子晶体及系统，该声子晶体或系统的制备过程相对简单，避免了不同组分材料之间的界面问题，可实现更理想的带隙特性。进一步的，该声子晶体可采用环氧树脂材料，在其杨氏模量可随温度变化发生改变的前提下，其可解决采用形状记忆合金的一系列缺点。本发明的目的还在于提供该声子晶体或系统的制备方法。

本发明首先提供了如下的技术方案：

基于周期热场的频率可调控一维声子晶体，其包括：若干三维的声子晶体单胞(1)及位于各相邻的所述声子晶体单胞(1)之间的加热电路(2)，其中所述三维声子晶体单胞(1)由具有弹性模量对温度敏感特性的聚合物材料形成，所述加热电路(2)在相邻的所述声子晶体单胞(1)间自上至下呈蛇形蜿蜒或形成螺旋形环路，并相互连通。

根据本发明的一些优选实施方式，所述聚合物材料选自环氧树脂。

根据本发明的一些优选实施方式，所述环氧树脂材料满足以下温敏特性：

其中，E表示杨氏模量，T表示温度。

根据本发明的一些优选实施方式，所述加热电路由聚酰亚胺覆铜板形成。

根据本发明的一些优选实施方式，所述聚酰亚胺覆铜板的上层材料为厚度18μm的铜箔，下层材料为厚度12.5μm的聚酰亚胺薄膜，两层材料中间为13μm的胶黏层。