本文關(guān)鍵詞：二維鎢—硅聲子晶體表面波特性研究

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【摘要】：聲子晶體是由至少兩種材料構(gòu)成的具有彈性波帶隙和周期性結(jié)構(gòu)的復合材料。聲波在聲子晶體中傳播的過程中,一些頻率的聲波會被抑制,從而形成了聲子帶隙。聲子晶體及其相關(guān)理論的提出,為研發(fā)性能更為優(yōu)越的聲表面波器件提供了新思路.科學技術(shù)的突飛猛進,傳統(tǒng)的材料已經(jīng)遠遠不能滿足人們的要求,具有特殊性能的復合材料的出現(xiàn),在很大程度上緩解了這一矛盾。本學位論文著重從材料參數(shù)(楊氏模量、剪切模量以及密度)和外界環(huán)境(溫度)兩個方面入手,分析了二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響因素。應用平面波展開法計算了二維鎢-硅聲子晶體的能帶結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)函數(shù)一定的情況下,提高散射體的填充率,聲子晶體的帶隙不斷變寬,達到峰值后,銳減為零。虛擬材料參數(shù)分析了其對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響,研究發(fā)現(xiàn):當散射體的剪切模量小于基體時,在填充率較低的情況下依然能夠出現(xiàn)帶隙,且隨著填充率的增加,能帶不斷變寬,但總體上,所形成的聲子晶體帶隙較窄;而當散射體的剪切模量大于基體時,該聲子晶體只有在較高填充率的情況下出現(xiàn)能帶,且該能帶較寬。密度對聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響則恰恰相反,當散射體的密度小于基體時,在填充率非常高的情況下才能出現(xiàn)帶隙,而當散射體的密度大于基體時,即使在填充率的很低的情況下依然能夠出現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)。與前兩者相比,楊氏模量的變化對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響不是很明顯,在散射體的密度和剪切模量與基體的非常接近時,即使讓散射體與基體的楊氏模量之間相差三十個數(shù)量級,也不會出現(xiàn)聲子晶體帶隙。因此,得出了影響二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的主要因素是材料的密度和剪切模量,而楊氏模量對聲子晶體的影響極小。結(jié)構(gòu)函數(shù)和材料參數(shù)固然是決定二維聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的主要因素,然而外界環(huán)境對聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響也不可小覷。本論文通過分析溫度變化對基體硅的相關(guān)參數(shù)的作用,進而推出溫度對二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn)了隨著溫度的增加,聲子晶體的能帶結(jié)構(gòu)具有向低頻移動的傾向,并且能帶寬度也變得越來越窄。最后,應用有限元方法分析了包覆層對二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響,研究發(fā)現(xiàn),包覆層的聲速對彈性波在二維鎢-硅聲子晶體表面?zhèn)鞑サ挠绊憳O大,當聲子晶體包覆層的聲速大于聲子晶體基體聲速時,施加在該聲子晶體表面的激勵耗散在包覆層中,該激勵很難進入到聲子晶體中;當聲子晶體的包覆層聲速小于構(gòu)成該聲子晶體基體的聲速時,聲波在聲子晶體表面具有良好的傳遞性能.
【關(guān)鍵詞】：聲子晶體 能帶結(jié)構(gòu) 聲表面波
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O735
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 聲子晶體及相關(guān)概念10-12
• 1.3 聲子晶體研究現(xiàn)狀12
• 1.4 聲子晶體帶隙計算方法12-13
• 1.5 研究目的和內(nèi)容13-16
• 1.5.1 研究目的13-14
• 1.5.2 研究內(nèi)容14-16
• 2 聲子晶體的理論基礎16-21
• 2.1 引言16
• 2.2 彈性動力學基本方程16-17
• 2.3 晶格與能帶理論17-19
• 2.3.1 晶格的基本知識17-18
• 2.3.2 Bloch定理18-19
• 2.4 理想聲子晶體的結(jié)構(gòu)模型19-21
• 3 材料參數(shù)對二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響21-32
• 3.1 引言21
• 3.2 二維鎢-硅聲子晶體的結(jié)構(gòu)模型21-25
• 3.3 材料參數(shù)對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響25-31
• 3.3.1 剪切模量對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響25-28
• 3.3.2 楊氏模量對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響28
• 3.3.3 密度對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響28-31
• 3.4 二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)形成的物理機制31-32
• 4 溫度對二維固-固聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響32-40
• 4.1 引言32
• 4.2 溫度對材料參數(shù)的影響32-34
• 4.2.1 楊氏模量的計算方法32-33
• 4.2.2 熱脹系數(shù)與楊氏模量33-34
• 4.3 溫度對二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響34-40
• 4.3.1 溫度對鎢和硅材料屬性的影響34
• 4.3.2 溫度對二維鎢-硅聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的影響34-40
• 5 二維鎢-硅聲子晶體表面波特性研究40-49
• 5.1 引言40
• 5.2 二維鎢-硅聲子晶體的匹配層40-42
• 5.3 二維鎢-硅聲子晶體的能帶結(jié)構(gòu)42-43
• 5.4 彈性波在二維鎢-硅聲子晶體表面的傳播43-49
• 6 結(jié)論與展望49-51
• 6.1 結(jié)論49-50
• 6.2 展望50-51
• 致謝51-52
• 參考文獻52-55
• 攻讀學位期間的研究成果55

【參考文獻】

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本文編號：862819