[发明专利]获得缺陷态的两种二维声子晶体结构

说明书

技术领域                                  

 本发明涉及一种获得缺陷态的两种二维声子晶体结构。

背景技术

 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。

发明内容

本发明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，本发明的技术方案为：

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-r_d），其中a为晶格常数，r_d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-r_d）～0.50a，其中a为晶格常数，r₀，r_d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。

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                                                ，纵波波速，水银的密度为，纵波波速。

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1.05×10³kg/m³，体积模量：2.19×10⁹Pa，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。