本發明專利技術公開了一種獲得缺陷態的兩種二維聲子晶體結構，本發明專利技術所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，二維晶格單元由相互平行的水柱體及缺陷水柱體在水銀中按二維晶格排列；二維晶格單元的水柱體至少五層，二維晶格的晶格常數a為1～10cm；所述的二維聲子晶體結構由一種或幾種密度不同的多層單元疊加組成，本發明專利技術獲得缺陷態的二維聲子晶體結構不需要改變柱體幾何形狀或其材料性質，只需簡單的位置調節，即可獲得缺陷態，制作工藝簡單，可設計性強。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種獲得缺陷態的兩種二維聲子晶體結構。
技術介紹
人們在光子晶體的研究方面已取得了重大進展，鑒于聲子晶體與光子晶體的類比性，近十年來，聲子晶體逐漸成為了新的研究熱點。聲子晶體的一個重要特征是其聲波帶隙，即在該帶隙頻率范圍內彈性波(聲波)不能通過聲子晶體。人們進一步研究又發現，如果在具有周期性結構的聲子晶體中引入缺陷，則可能在原本不允許聲波通過的帶隙(或禁帶) 中出現聲子能帶，稱之為缺陷能帶，對應的狀態稱為缺陷態，這使得聲子晶體具有廣闊的實際應用前景，比如，我們可以根據這一新思想和新理論設計和制造出一種獲得某種特定頻率缺陷帶的材料。聲子晶體材料可望在環保和建筑工業中得到廣泛應用。目前聲子晶體中引入缺陷的方法通常是改變材料、散射體形狀和方位、晶格結構、填充率。本方法改變散射體的位置使其產生缺陷態，此方法對制備技術要求相對較低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種獲得缺陷態的兩種二維聲子晶體結構。為實現上述目的，本專利技術的技術方案為第一種獲得缺陷態的二維聲子晶體結構所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第一水柱體2及第一缺陷水柱體3 在水銀中按二維晶格排列；所述第一水柱體2和第一缺陷水柱體3的半徑相等，其半徑是O.12a O. 26a ;改變第一缺陷水柱體3的位置，使其位于偏離上述二維晶格單元排列中心的距離為O. OOla (O. 50a-rrf),其中a為晶格常數,為第一缺陷水柱體半徑；第二種獲得缺陷態的二維聲子晶體結構所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第二水柱體5在水銀中按二維晶格排列，在中心元胞內插入一個第二缺陷水柱體6 ;所述第二水柱體5和第二缺陷水柱體6 的半徑相等，其半徑是O. IOa O. 25a，所述第二缺陷水柱體6位于偏離上述二維晶格單元排列中心的距離為(O. ^0a-ro-rd)— O. 50a,其中a為晶格常數分別為第二水柱體(5) 半徑，第二缺陷水柱體6半徑；所述的二維晶格單元的水柱體至少五層，所述二維晶格的晶格常數a為I 10cm。所述的二維聲子晶體結構由一種或幾種密度不同的多層單元疊加組成。所述二維晶格單元排列結構為平行四邊形、矩形、正方形或六角形。所述二維晶格單元排列結構為正方形。上述第一水柱體2和第一缺陷水柱體3及第二水柱體5半徑和第二缺陷水柱體6 的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形或六邊形。上述第一水柱體2和第一缺陷水柱體3及第二水柱體5半徑和第二缺陷水柱體6 的橫截面形狀為圓形。所述結構一中柱體的體積份數比為12. 56%，結構二中柱體的體積份數比為3.14%。上述二維聲子晶體結構是由水和水銀這兩種密度不同的單元疊加而成的其中， 水柱體的密度為p=L0xlD3.Cg/ffl3 , 縱波波速Q =HxlO3Ws ,水銀的密度為P= 13.5 XI Q3Igh3,縱波波速Q =1.45xld3ffih。所述第一缺陷水柱體3及第二缺陷水柱體6沿各個不同方向偏離二維晶格單元排列中心。上述第一水柱體2和第一缺陷水柱體3及第二水柱體5半徑和第二缺陷水柱體 6由聚苯乙烯PS材料包裹制成水柱體；其中聚苯乙烯的密度為I. 05X 103kg/m3，體積模量2.19 X IO9Pa,薄層的厚度。聲子晶體中聲波帶隙的產生和大小主要受以下因素影響一、組成介質的質量密度、彈性常數、聲波速度等物理參數；二、分散介質的幾何形狀、體積分數和排列方位；三、 晶體的排列結構。通過調節和改變這些因素即可獲得滿足特定頻率要求的聲子晶體。基于上述三方面因素的考慮及現實可行性要求，選擇水柱體排列于水銀中構成的聲子晶體。比如，將相互平行的水柱體在水銀中作周期性排列而構成的二維聲子晶體。由五層水柱在水銀中按正方晶格排列而成的聲子晶體結構，即使引入點缺陷，也不會打破系統晶格的周期性，所以由五層水柱體構成的聲子晶體結構已可以達到要求。本專利技術的有益效果本專利技術所提供的一種獲得缺陷態的兩種二維聲子晶體結構，其方式與已有的學者作出的研究完全不同，不需要改變柱體幾何形狀或其材料性質，只需簡單的位置調節，即可獲得缺陷態，制作工藝簡單，可設計性強。附圖說明圖I表不由水柱體按正方晶格排列于水銀中每五行五列改變缺陷水柱體的位置(沿對角線方向)的二維聲子晶體能帶結構圖，其中結構一中柱體的體積份數比為 12. 56%，結構二中柱體的體積份數比為3. 14% ；圖2為實施例的結構一的橫截面示意圖；圖3為實施例的結構二的橫截面示意圖；圖4為實施例中結構一對應產生的缺陷帶頻率隨位置變化的示意圖；圖5為實施例中結構二對應產生的缺陷帶頻率隨位置變化的示意圖。具體實施方式對于由水柱體分散于水銀中所形成的二維聲子晶體，柱體橫截面形狀可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、三邊形、六邊形等，排列結構也可以取平行四邊形、矩形、正方形或六角形等二維晶格。經計算分析發現，柱體橫截面形狀為圓形且按正方形晶格排列時，比其它形狀的柱體和晶格結構可產生較明顯的缺陷態。本專利技術即采用此最優結構，即在水銀背景中將水柱體體按正方形晶格平行排列，結構一每五行五列改變缺陷水柱體的位置(沿對角線方向，實施案例中缺陷圓柱體的半徑為O. 20a),結構二每五行五列在中心元胞內沿對角線方向插入一個缺陷水柱體(實施案例中缺陷圓柱體的半徑為O. IOa)ο實施實例本實施例選擇的是水(其彈性參數為密度O XlD3ITg/ 3，縱波波速q=L4Sxl05s/s )在水銀(其彈性參數為密度P= 13.5XICl3^TgZiS3,縱波波速Cl=IASyAO3MZs )背景中按如上所述的最優結構構成的二維聲子晶體。此時聲子晶體的能帶結構如圖I所示。圖2，3分別為本實施例的結構一和結構二的橫截面示意圖，由兩個五層結構單元組成，其中結構一的缺陷水柱體半徑為O. 20a，結構二的缺陷水柱體半徑為O.10a，小方格的邊長晶格常數為a Ca為I 10cm)。圖4、5分別為缺陷帶頻率隨缺陷柱體距原點的距離變化示意圖。此實施方案對獲得滿足某種特定頻率要求的聲子晶體方法簡單、可設計性強。權利要求1.一種獲得缺陷態的兩種二維聲子晶體結構，其特征在于第一種獲得缺陷態的二維聲子晶體結構所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第一水柱體(2)及第一缺陷水柱體(3)在水銀中按二維晶格排列；所述第一水柱體(2)和第一缺陷水柱體(3)的半徑相等，其半徑是O. 12a O. 26a ;改變第一缺陷水柱體(3)的位置，使其位于偏離上述二維晶格單元排列中心的距離為O. OOla (O. 50a-rrf),其中a為晶格常數，為第一缺陷水柱體半徑；第二種獲得缺陷態的二維聲子晶體結構所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第二水柱體(5 )在水銀中按二維晶格排列，在中心元胞內插入一個第二缺陷水柱體(6);所述第二水柱體(5)和第二缺陷水柱體(6)的半徑相等，其半徑是O. IOa O. 25a，所述第二缺陷水柱體(6)位于偏離上述二維晶格單元排列中心的距離為(O. ^a-r0-rd^ O. 50a,其中a為晶格常數，rd分別為第二本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種獲得缺陷態的兩種二維聲子晶體結構，其特征在于：第一種獲得缺陷態的二維聲子晶體結構：所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第一水柱體（2）及第一缺陷水柱體（3）在水銀中按二維晶格排列；所述第一水柱體（2）和第一缺陷水柱體（3）的半徑相等，其半徑是0.12a～0.26a；改變第一缺陷水柱體（3）的位置，使其位于偏離上述二維晶格單元排列中心的距離為0.001a～（0.50a？rd），其中a為晶格常數，rd為第一缺陷水柱體半徑；第二種獲得缺陷態的二維聲子晶體結構：所述的二維聲子晶體結構由若干個二維晶格單元周期排列組成，所述的二維晶格單元由相互平行的第二水柱體（5）在水銀中按二維晶格排列，？在中心元胞內插入一個第二缺陷水柱體（6）；所述第二水柱體（5）和第二缺陷水柱體（6）的半徑相等，其半徑是0.10a～0.25a，所述第二缺陷水柱體（6）位于偏離上述二維晶格單元排列中心的距離為（0.50a？r0？rd）～0.50a，其中a為晶格常數，r0，rd分別為第二水柱體（5）半徑，第二缺陷水柱體（6）半徑；所述的二維晶格單元的水柱體至少五層，所述二維晶格的晶格常數a為1～10cm。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳福根，何云，張欣，姚源衛，閆舒雅，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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