本文關鍵詞：基于碳納米管薄膜熱聲光聲特性及蜃景效應的理論研究和數值分析

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【摘要】：1.熱聲技術的發(fā)展 現(xiàn)在廣泛使用的揚聲器是由連著錐形紙盆的剛性結構,能夠沿著永磁體中心圓柱形空隙作軸向振動的音圈以及其它輔助支撐系統(tǒng)構成。當一個音頻電流作用于音圈,則產生一個可變電磁場。這個可變電磁場與永磁體的磁場相互作用會產生驅動力使音圈按照音頻電流的輸入頻率振動,從而復原原始音頻信號。然而,基于動態(tài)機械驅動的傳統(tǒng)揚聲器的頻率特性是欠優(yōu)的。這種揚聲器的響應頻率帶寬相對較窄,因此很難調整它們的頻率范圍。響應頻帶寬度是受最大響應頻率所制約的,因而會受揚聲器的尺寸所限制。其他類型的揚聲器有壓電揚聲器[3,4]和靜電揚聲器[5-7]。壓電揚聲器的頻響特性也是受到限制的,這點和動態(tài)機械驅動的揚聲器一樣。自從Hanna[5]首次介紹靜電揚聲器的概念已經經歷了80多年,由于其存在固有的缺陷,所以靜電揚聲器并沒有受到過多的關注。事實上,靜電揚聲器的隔膜偏移是非常有限,所以要到達到較高的聲壓輸出和效率轉換,作用到靜電揚聲器的電壓必須非常高,從而增加了電弧產生的概率,這樣就大大降低了設備的安全性。此外,隨著電場強度的增加,塵埃粒子更容易被揚聲器所吸引,因此靜電揚聲器的性能的穩(wěn)定性也存在潛在的威脅。 熱聲揚聲器的概念是大約一個世紀前首次由Arnold和Crandall提出[8]。熱聲揚聲器設備的物理機制與傳統(tǒng)的揚聲器有很大區(qū)別,傳統(tǒng)的揚聲器是通過膜的機械振動而產生聲音。熱聲揚聲器則是由圍繞在薄膜導體周圍的介質在電能作用下被周期性加熱從而產生溫度波動導致的[9]。因為熱聲揚聲器的頻率響應范圍很寬,因此熱聲揚聲器的出現(xiàn)大大簡化了揚聲器的設計[10]。Arnold和Crandall[8]曾經就熱聲揚聲器做了一系列實驗,同時也推導出了一種用以解釋其實驗結果的理論模型。在他們實驗中,他們使用的是700納米厚的鉑金薄膜,但是只有很微弱的聲音信號被撲捉到。這是由于他們使用的鉑金薄膜的單位面積熱容(HCPUA)很高,因此其電聲轉換效率很低,所以輸出的聲信號很微弱。由于在上個世紀,單位面積熱容小的材料很難制造,因此熱聲技術發(fā)展繼Arnold和Crandall的研究之后停滯了幾十年。近年來,隨著納米技術出現(xiàn)和快速發(fā)展以及先進的納米加工技術的日益成熟,為熱聲裝置的制作和發(fā)展奠定了堅實的基礎[9]。特別是Iijima[11,12]發(fā)現(xiàn)的碳納米管材料為熱聲學的發(fā)展鋪平了道路。碳納米管具有獨特的機械強度[13-18]、導電性[19,20]、導熱性[21-25]和光熱轉化率[26-34]以及其他優(yōu)良屬性。由于納米材料的發(fā)現(xiàn)以及熱聲揚聲器的固有優(yōu)勢,特別是極寬的頻響帶寬,熱聲技術正受到研究人員的重新關注。 1999年,Shinoda等[35]提出一種基于熱聲原理的有效的超聲波發(fā)射器,這種超聲波發(fā)生器是由置于10毫米厚的微孔硅層上的30納米厚的鋁薄膜和一個p型晶體硅晶片組成的。當輸入熱功率為1W/cm2的正弦變化信號時,其在很寬的輸入頻域內可以獲得高達0.08Pa的聲壓值。但是這個超聲波發(fā)射器的電聲轉換效率僅為0.03%。隨著碳納米管線[36,37]和碳納米管薄膜[14,38]的發(fā)現(xiàn),碳納米管熱聲學正經歷著迅速的發(fā)展。2008年,Xiao等人[39]提出一種能夠產生高強熱聲聲波的新型有效的方法,即通過使用交流電作用于從碳納米管陣列拉出的碳納米管薄膜[40]上。當一個功率為3W,頻率為20kHz的交流電作用在一個3x3cm2的單層碳納米管薄膜上時,高達100dB的輸出聲壓被測得。Xiao的實驗中使用的單層碳納米管薄膜非常薄(厚度為幾十納米),極輕(典型的單位面積質量為1.5μg/cm2)同時也是優(yōu)良的電導體(典型的電阻約每平方1kQ)[39]。此外,輸入信號頻率高達1MHz的交流阻抗實驗驗證了碳納米管薄膜是一種純電阻,這也有助于提高電聲轉換效率[39]。2010年,Aliev等人[41]用實驗研究了置于液體中碳納米管薄膜熱聲換能器的性能,同時發(fā)現(xiàn)碳納米管薄膜熱聲換能器轉換效率在液體中急劇降低。值得注意的是,由于碳納米管的疏水性,當浸沒在水中時,在碳納米管薄膜周圍可能形成一層包絡,因此相對于在酒精(碳納米管薄膜在酒精中表現(xiàn)出的是親水性)中,會極大地增加熱聲換能器轉換效率(高達100倍)[41]。Aliev等人[41]也研究了在密封在氬氣環(huán)境下的碳納米管薄膜在液體和氣體中的熱聲響應的性能。實驗證明,此種換能器在低頻段中的響應良好,而在空氣中可以達0.2%的換能效率。Kozlov等人[42]發(fā)現(xiàn)應用交流電或者近紅外激光作用于多壁碳納米管陣列也能產生熱聲,同時發(fā)現(xiàn)培植在硅晶片上的碳納米管陣列產生的熱聲會伴隨三階和四階的諧波失真,而此諧波失真應歸因于熱聲的非線性響應。這種獨特的現(xiàn)象在較短的碳納米管陣列中尤為顯著,顯然是因為熱能從碳納米管陣列中轉移到了硅晶片基體中引起的。為了提高熱聲轉換效率,Xiao等人[43]研究了碳納米管薄膜在不同氣體介質(空氣,氬氣和氦氣)中的對于不同輸入頻率(從300Hz到100kHz)的響應性能。實驗結果表明,減少氣體的熱容可以提高碳納米管揚聲器的熱聲轉換效率。Xiao等人[43]還發(fā)現(xiàn)在他們所研究的頻率范圍內,碳納米管薄膜產生的聲壓與其所處氣體介質的熱容呈反比關系。Aliev等人[44]將碳納米管薄膜封裝不同的氣體中,在封閉系統(tǒng)下進行了相似的實驗。他們還研究了在封閉系統(tǒng)下的氣壓對熱聲響應的影響,并且構建了一個理論模型來解釋他們的實驗發(fā)現(xiàn)。 自從2004年Novoselov等人[45]發(fā)現(xiàn)了石墨烯,由于其優(yōu)良的結構特性和導電性而倍受研究者關注。從實驗上已經證明石墨烯具有許多的應用價值。Tian等人[46]最先在2011年證明其可以作為熱聲源。他們設計了一個熱聲裝置,即將底層印有石墨烯的紙板貼在印制電路板上從而制作了一個多層石墨烯結構。三個厚度分別為100,60和20nm的石墨烯樣品被制作并測試。盡管一個20nm厚的石墨烯在1W/cm2輸入功率和20kHz的響應頻率下能產生能高達83dB的聲壓,但是該熱聲裝置的性能依然沒有達到Xiao等人[39,43]使用的碳納米管薄膜熱聲揚聲器的性能。Suk等人[47]也將大面積的單層石墨烯印在基底上從而制作了石墨烯熱聲換能器。他們研究了不同底層(玻璃,聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚二甲基硅氧烷)的熱聲換能器的性能,并且比較了不同底層對熱聲轉換效率的影響。每個底層的表面孔隙度對聲壓的影響也做了詳細的測試和分析。實驗結果表明,提供表面孔隙度有助于提高石墨烯熱聲換能器性能。石墨烯熱聲換能器技術的最新發(fā)展的代表是石墨烯寬帶音頻耳機[48]。和傳統(tǒng)的商業(yè)耳機相比,石墨烯耳機的聲音響應頻率更寬(從100Hz到50kHz),穩(wěn)定性也更好。實驗研究表明,由石墨烯耳機產生的35kHz的聲波能夠實現(xiàn)對狗的訓練和控制,這也從另一方面驗證了石墨烯耳機在高頻響應下的有效性和穩(wěn)定性。 類似于碳納米管薄膜和石墨烯,懸空金屬線陣列和金屬薄膜在通入交流電時也能產生高幅值的聲波[35,49-54]。Shinoda等人[35]把鋁制薄膜置于一個帶有微孔結構的硅晶層以減少鋁制薄膜向基體的熱能傳遞從而能夠有效輸出較高的聲壓。Niskanen等人[49]設計了一個類似的結構,通過將大量的鋁線懸空在絕緣基體來產生具有較高聲壓值得熱聲聲波,實驗發(fā)現(xiàn)在10kHz的輸入頻率、15.5W的輸入功率下,聲壓值可以高達l00dB。Vesterinen等人[52]使用格林函數方法和有限差分法研究了另一種相似結構的熱聲效率以及吸熱基體對所產生聲壓的影響。他們的實驗發(fā)現(xiàn)驗證了他們的理論模型。然而,基于這些結構的熱聲揚聲器的熱聲能量轉換效率很低從而局限了其在消費電子產品和其他領域的實際應用。 與實驗研究相比,關于熱聲學的理論研究比較少。 Hu等人[55]提出了一種熱力耦合模型,這種模型適用于將金屬線陣列置于多孔硅晶基體上產生超聲的熱聲裝置。Xiao等人[39]改進了Arnold和Crandall[8]的活塞模型并用改進的模型成功地闡釋了他們的實驗結果,同時,率先提出了薄膜的HCPUA是熱聲裝置能夠輸出高聲壓的聲波以及進一步應用于實際的關鍵因素。但是,這個改進的模型僅僅適用于遠場熱聲響應[56]。Vesterinen等人[52]使用格林函數方法構建了熱聲效率的理論模型,這個理論模型也能夠闡釋吸熱基體對所產生聲壓的影響。但是,他們并沒有考慮到熱損失或者薄膜的HCPUA的影響。極小的HCPUA的碳納米管薄膜的出現(xiàn)極大地推動了熱聲的發(fā)展同時使音頻設備的體驗產生了革命性的提高。然而,碳納米管薄膜結構強度很低,這使得其實際應用受到了很大的限制[10]。最近,Wei等人[10]巧妙設計了一個熱聲換能器芯片,此芯片包含了一個懸掛于硅晶片的碳納米管紗線陣列。這個芯片擁有很好的機械性能,因為碳納米管紗線比直接從碳納米管陣列抽出的碳納米管薄膜的機械強度要高出很多倍[10]。他們也從實驗上證明了此種芯片的響應性能并做了詳盡的分析討論。同時它也可以按比例縮小以制微型揚聲器或集成到一個大規(guī)模設備上,比如說大型揚聲器。盡管熱聲芯片的制作使得碳納米管薄膜的熱聲換能器的機械性能得到了顯著的提高,但是Wei等人[10]借助于Xiao等人[39]的理論模型僅僅定性而不是定量地對實驗結果做了分析討論,但是xiao[39]等人的理論模型一方面僅僅適用于懸空在自由空間的薄膜的熱聲響應情況,另一方面也僅僅適用于遠場熱聲響應。 另一個與熱聲效應相關的有趣現(xiàn)象是蜃景效應。蜃景效應是自然界中普遍存在,也是在生活中極易觀察到的現(xiàn)象。它的產生是由于光線穿過一種介質,而這種介質中的溫度場是梯度變化的。這種梯度變化的溫度場使得介質的折射率不斷地變化,從而使得光線彎曲而產生蜃景效應。Boccara等人[57]引入一種熱光法用以檢測受熱樣品表面附近的溫度梯度變化。許多實驗和理論也被提出用以研究受熱薄膜附近光線的彎曲角度的大小[58-61]。另外,熱光法也被成功的用于測量氣體,液體和固體的熱擴散率[62]。碳納米管薄膜,石墨烯以及其它納米薄膜已經被證明可以用以制作性能良好的的熱聲換能器[35,39,46-49,52],但是這些研究主要著眼于受熱薄膜產生的聲波,但是薄膜附近的溫度場確很少做過專門的研究。Aliev等人[62]利用實驗研究了光線在通過受熱碳納米管薄膜上方是光線的角度偏轉。他們不僅在氣體(空氣,氦氣,氬氣)中進行了實驗,同時他們也在液體(水,酒精等)中進行了同樣的實驗研究,但是他們僅僅呈現(xiàn)了實驗結果卻沒有給出比較合理精確的理論分析。盡管Murphy等人[59]給出了一個光熱理論模型,但是他們的研究是基于將薄膜置于一個基體上,而不是自由懸空的薄膜。因此他們的理論模型并不適用于解釋Aliev等人[59]的實驗結果。 2.高強度聚焦超聲的發(fā)展 現(xiàn)在,聚焦超聲和非聚焦超聲正越來越多的應用于生物醫(yī)學設備和診斷上。然而,超聲診斷并不是超聲在生物醫(yī)療設備上的唯一應用。早在1942年,Lynn等人[63]就利用高強度超聲進行了第一次超聲治療的嘗試。但是他們嘗試利用高強度聚焦超聲通過非接觸頭顱的方式治療大腦中的腫瘤并未取得成功[63,64]。之后,Fry等人[65]成功的利用高強度聚焦超聲對神經系統(tǒng)疾病進行了治療。但是隨后由于缺乏先進的成像技術[66],關于利用超聲治療神經外科的研究一直停滯不前。在上個世紀70年代,超聲技術在生物醫(yī)學工程上的潛在應用再次引起了人們的注意。但是那時產生的超聲的聲壓很低,所以利用超聲在腫瘤細胞內引起過高溫度來殺死腫瘤細胞要花費很長時間。另外,由于沒有無損探溫的設備,施加于腫瘤上的聲能很難通過反饋信息得到控制,所以,完好組織的意外燒傷很難避免。上世紀90年代,隨著成像技術的不斷改進,高強度聚焦超聲用于治療腫瘤的技術再次得到人們關注。不斷改進的精確定位技術伴隨著有效的治療手段能夠使高強度超聲的在醫(yī)學診療上的潛能得以全部發(fā)揮[68]。研究人員已經證實高強度聚焦超聲幾乎能夠瞬間使聚焦區(qū)域內的細胞死亡,這種殺死細胞的機理源自于細胞凝固性壞死[69,70]。除了用于切除腫瘤細胞,高強度聚焦超聲還可以利用其形成的沖擊波,聲空化或者熱沉積效應[72,77]實現(xiàn)快速加熱局部組織[71],藥物輸運[72],機械式的組織摧毀和組織均勻化[73],局部性提高藥物溶解和吸收[75],血栓溶解[75]以及血腦屏障功能[76]。值得一提的是近年來高強度超聲在超聲碎石[78,79]以及超聲診療例如組織摧毀術[80]上的應用已經取得了突破性的的進展。 基于高強度超聲的診療技術主要涉及兩個主要的物理機制：一個是熱效應,另一個是機械效應[66]。治療腫瘤就是利用目標區(qū)域吸收聚焦超聲能量形成熱沉積來達到治療目的；而超聲碎石則是利用高強度超聲波使目標區(qū)域形成空化效應而達到治療效果。多數情況下,腫瘤細胞是和關鍵完好組織相鄰的,因此在做腫瘤細胞切除的同時,要保證這些完好組織不能受到損傷。很明顯,超聲聚焦聲斑必須足夠小以保證精準的控制從而達到有效的治療效果。然而由傳統(tǒng)的低頻壓電換能器產生的超聲聲斑達不到足夠的空間解析度以保證診療的絕對安全。同時,由傳統(tǒng)壓電換能器產生的超聲聲壓很難達到診療所需的聲壓幅值。Spadoni等人[81]利用冪律材料制作了一種非線性聲棱鏡,這種聲棱鏡可以產生精準的高幅值超聲波(聲彈),同時超聲聚焦區(qū)域也是動態(tài)可調的。但是這個設備的最大缺點是結構復雜,工藝要求也非常高。 隨著納米材料的發(fā)現(xiàn)和納米技術的不斷進步,高頻高強度超聲已經可以實現(xiàn)。Yang等人[82]將金納米粒子夾鋪于一個透明基體和PDMS層之間,然后用激光照射這個設計好的裝置而產生高頻超聲。盡管金納米粒子的光吸收性能很好,但是這個設備的總的光聲轉換效率依然很低。因此這種設備并不能產生足夠高的超聲聲壓用以滿足醫(yī)學診療[77]。近來,許多研究者報道了豎向排列的CNT陣列表現(xiàn)出了對光的近黑體吸收特性[28-30,83,84]。因此,CNT陣列可以作為制作高強度超聲設備的最佳選擇。Baac等人[77]結合CNT陣列的近黑體性和PDMS高彈性高熱膨脹性[85]的優(yōu)良特性制作了一種光聲超聲棱鏡。他們的實驗結果驗證了此種光聲超聲棱鏡表現(xiàn)出了極好的聲學性能。盡管這些實驗結果是有說服性的,但是Baac等人并沒有給出具有說服性的理論支撐。事實上,關于光聲的實驗和理論研究不在少數,例如文獻[82,85-90]都是對于光聲的或實驗或理論的研究代表。但是這些文獻都是基于一維情況下的研究。借助于格林函數方法,Diebold等人[91]研究了一維,二維以及三維情況下的光聲響應,同時,Calasso等人[92]也推導了一種適用于三維光聲點源的模型。然而,這些研究者把目光全部集中在了由光脈沖輻射產生的聲波上而忽略了臨近介質對于所產生的光聲壓力的影響。因此,Diebold[91]的模型并不能用以解釋Baac等人[77]的實驗結果。 3.研究動機和目標 大多數聲換能器是將電信號轉換為機械振動,但是這種聲換能器的效應頻帶很窄,只能在其共振頻率附近的響應才能取得較好的效果。這種傳統(tǒng)的生換能器設備都包含一個所謂的“活塞”的機械運動部件,當活塞振動時,引起其附近的空氣粒子隨之運動而產生聲波輻射出去[53]。熱聲設備的聲發(fā)射機制與傳統(tǒng)的機械式的聲換能器有著本質的區(qū)別。熱聲換能器并沒有機械運動部件,因此不受活塞共振頻率的影響而表現(xiàn)出寬頻響應的優(yōu)良特性。這種熱聲換能器有許多潛在的應用價值,如水下寬帶聲通信,制作具有指向性的聲參量陣等。關于熱聲換能器以及高強度超聲換能器已經從實驗上得到證實,但是關于熱聲換能器的理論研究卻相對較少。理論模型的研究以及相應的數值分析研究對于改進和優(yōu)化熱聲換能器以及應用于實際工程中都是必要的。 本論文的主要目標就是針對不同的情況建立熱聲換能器的理論模型,而后通過具體的數值分析刻畫不同熱聲換能器的聲壓響應特性。在本研究中,首先對于置于自由空間中的碳納米管薄膜的熱聲響應建立了熱力耦合模型。在一定的頻率響應范圍內,近似的得出了聲壓的解析結果。通過與實驗數據的對比發(fā)現(xiàn)我們的理論結果和實驗吻合的非常好,這也反過來證明了我們的模型的合理性。通過對薄膜參數的理論分析發(fā)現(xiàn),單位面積熱容的大小是影響熱聲設備的關鍵性因素。單位面積熱容越小,熱聲換能器的表現(xiàn)性能越佳。同時通過數值分析發(fā)現(xiàn),在近場范圍內,對于不同的輸入頻率,輸出的聲壓信號幾乎保持不變,而對于遠場則隨著輸入頻率的提高,輸出的聲壓也作相應的提高。 由于密封的碳納米管薄膜熱聲換能器具有和自由空間的薄膜熱聲換能器有著截然不同的響應特性,本論文也對密封碳納米管薄膜熱聲換能器建立了理論模型,同樣,給出了近似的解析結果。通過與實驗數據的對比發(fā)現(xiàn),本論文的理論結果與實驗結果高度一致。通過實際的例子,研究了薄膜和窗口之間的距離的大小對熱聲響應的影響。另外,通過數值分析發(fā)現(xiàn),此種熱聲換能器在特定的頻率輸出條件下會發(fā)生共振現(xiàn)象,因此,此類型的換能器可以用于產生特定頻率的高幅值聲波,也可以用于從一列寬頻信號中提取特定頻率的聲信號。對于將此種密封薄膜換能器置于不同介質(氣體和液體)中的響應特性也給出了數值分析。數值分析發(fā)現(xiàn),在氣體中,換能器在低頻段表現(xiàn)更佳而在液體中卻在高頻段表現(xiàn)更佳。 由于碳納米管薄膜的結構強度很差,所以對于置于自由空間的碳納米管薄膜熱聲換能器很容易受到破壞,從而限制了其的實際應用。為了克服這個缺點,可以將碳納米管薄膜置于一個基體上,讓基體對其有一定的支撐作用,這樣熱聲換能器的整體結構強度就得到了極大的提高。本文也對有基體支撐的熱聲換能器的響應特性建立理論模型并給出了具體的解析結果。此理論模型亦通過實驗得以驗證。通過得到的理論結果,詳細分析了碳納米管薄膜和基體間的間隔距離對于熱聲相應的影響。數值結果顯示,對于小的間隔距離(50微米以下),隨著間隔距離的增加,輸出聲壓呈指數型增加,而當間隔距離繼續(xù)增加,輸出聲壓幾乎保持不變。如果當間隔距離達到毫米量級,由于薄膜產生的原波和基體反射的反射波之間發(fā)生干涉效應,因此在特定的距離處會出現(xiàn)零聲壓的現(xiàn)象。 蜃景效應是自然界中常見的自然現(xiàn)象。當一束光線通過溫度梯度變化的介質時,光線將沿曲線傳播而不是直線。本文對于由受熱碳納米管薄膜在液體和氣體中產生的蜃景效應作了詳細的分析。通過與實驗結果的比較發(fā)現(xiàn),本文的模型能夠足夠精確的預測出光線彎曲的角度。另外,通過結果分析發(fā)現(xiàn),蜃景效應更易在液體中發(fā)生。通過測量彎曲光線的相位變化的方法去測量介質的熱擴散率也做了細致的研究。最后,本文提出了一種用于測量氣體介質的折射率的新方法。 雖然高強度聚焦超聲正被廣泛用于生物醫(yī)學工程上,但是傳統(tǒng)的超聲設備產生的聚焦超聲的聲斑在空間依然比較大,因此空間精度很差。此外,傳統(tǒng)的超聲設備發(fā)射的超聲波聲壓難以滿足醫(yī)療所需聲壓�；诖朔N原因,本論文研究了一種由碳納米管制作的高強度光聲超聲棱鏡。值得注意的是,盡管光聲設備的熱能來自于光而熱聲設備的熱能來自于電流,但是他們的發(fā)聲機理是一樣的。本文將得到的理論結果與已發(fā)表的實驗結果在空間和時間上做了細致的對比,對比結果顯示,本文的理論模型和實驗吻合的非常好。另外通過數值研究發(fā)現(xiàn),如果選擇特定的輸入頻率,此種聚焦光聲棱鏡的表現(xiàn)可以得到顯著的提高�？偟膩碚f,本文提出的聚焦光聲棱鏡模型可以為高強度超聲棱鏡的設計和制作提高強有力的理論支撐和指導。 總的來說,本論文從理論上研究了碳納米管熱聲和光聲換能器的響應特性,并就理論結果做了詳細的數值分析。研究了一系列不同條件下,不同參數下的換能器響應規(guī)律。本論文的理論模型和數值結果有望對于熱聲光聲換能器的設計制作和優(yōu)化提供必要的理論支撐和指導。
【關鍵詞】：
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN643;O613.71
【目錄】：

• ABSTRACT5-9
• ACKNOWLEDGEMENTS9-15
• LIST OF FIGURES15-22
• LIST OF TABLES22-23
• AWARDS AND PUBLICATIONS23-25
• CHAPTER 1 INTRODUCTION25-41
• 1.1 Background25-35
• 1.1.1 Development of thermo-acoustic technology25-32
• 1.1.2 Development of high-intensity ultrasound32-35
• 1.2 Research motivation and objectives35-38
• 1.3 Thesis layout38-41
• CHAPTER 2 THEORY oF SUSPENDED CARBON NANOTUBE THIN-FILMAS A THERMO-ACOUSTIC SOURCE41-57
• 2.1 Near-Field thermo-acoustic theory for carbon nanotube(CNT)thin-films42-44
• 2.2 Approximate analytical solutions for near-field acoustic response44-48
• 2.3 Numerical solutions and discussion48-56
• 2.3.1 Response in near-field48-50
• 2.3.2 Response in far-field50-52
• 2.3.3 Influences of HCPUA and distance on acoustic pressure52-54
• 2.3.4 Applicable scope of approximate solutions54-56
• 2.4 Summary56-57
• CHAPTER 3 GAS-FILLED ENCAPSULATED THERMO-ACOUSTICTRANSDUCER57-81
• 3.1 Theoretical model and the solution57-70
• 3.1.1 Sound transmission through the window68-69
• 3.1.2 Sound generated from window vibration69-70
• 3.2 Numerical results and discussion70-78
• 3.3 Summary78-81
• CHAPTER 4 GAP SEPARATION EFFECT ON THERMO-ACOUSTICWAVE GENERATION BY HEATED SUSPENDED CNT THIN-FILM81-101
• 4.1 Theory and analytical modeling82-90
• 4.1.1 Thermal field83-86
• 4.1.2 Acoustic field86-90
• 4.2 Result and discussion90-99
• 4.3 Summary99-101
• CHAPTER 5 GENERATION OF MIRAGE EFFECT BY HEATED CARBONNANOTUBE(CNT)THIN FILM101-121
• 5.1 Theory,Model and Solution Methodology102-108
• 5.1.1 Temperature Field102-104
• 5.1.2 Photo-thermal Deflection104-107
• 5.1.3 Phase of Deflected Beam107-108
• 5.1.4 Measurement of Gas Refraction108
• 5.2 Results and Discussion108-119
• 5.3 Summary119-121
• CHAPTER 6 GENERATION OF HIGH INTENSITY FOCUSEDULTRASOUND BY CARBON NANOTUBE OPTO-ACOUSTIC LENS121-143
• 6.1 Theory and Analytical Modeling122-131
• 6.1.1 Temperature field123-127
• 6.1.2 Acoustic field127-131
• 6.2 Result and discussion131-141
• 6.3 Summary141-143
• CHAPTER 7 CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS143-151
• 7.1 Conclusions143-147
• 7.2 Future works147-151
• Appendix Ⅰ151-155
• Appendix Ⅱ155-157
• Appendix Ⅲ157-161
• Appendix Ⅳ161-169
• Appendix Ⅴ169-171
• REFERENCES171-185
• 附錄185-196

【共引文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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7 章t，

本文編號：1125439