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深圳先进院温度调控声子晶体研究获进展

深圳先进院温度调控声子晶体研究获进展

来源:
2015/10/16
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近日,中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像及先进材料研究团队在可调控声子晶体方面取得新进展。相关成果(Phononic Crystal Tunable via Ferroelectric Phase Transition)发表在PHYSICAL REVIEW APPLIED 4, 034009 (2015)

  声子晶体(Phononic crystal) 或声超常材料 acoustic metamaterials)是指人工结构单元在空间上周期或特殊形式排列构成的复合材料,是继天然晶体(调控电 子)、光子晶体(调控电磁波)后提出的调控声波/弹性波的人工复合材料。通过设计和调控人工结构单元的材料成分或空间排列,这类材料可以产生奇特的能带特性,能够灵活调控声波的分布和传播,在新型超声成像/操控、新型声传感器、滤波器、声超透镜、声学隐身等功能器件上具有广阔的应用前景。然而,一般结构单元空间排列固定后,声子晶体或声超常材料的物理性质也随之固定,这极大地限制了这类人工材料的应用,因此发展新型调控技术具有重要价值。

  深圳先进院超声技术项目组创新性提出基于温度变化的材料与器件性能调控技术:将铁电相变材料作为温度敏感材料用于声子晶体的单元结构,该声子晶体仅通过改变环境温度,即可以实现对声波灵活的调控。该研究首次实验上设计并制备了Ba0.7Sr0.3TiO3 (BST)铁电陶瓷声子晶体结构,在室温20K的变化范围内,实现了对声波透射频率20%的 偏移。该项研究为设计可调控声人工结构提供了理论支撑和实验依据,有望利用更多的智能结构和材料(如温度、力、电、磁、机械等敏感材料)设计可调控声人工 结构,利用温度、力、电、磁、机械等智能化参量对声人工结构性质调控,以拓展这类材料在高端智能声学器件及生物医学超声等研究中的应用。

  上述研究工作得到国家自然科学基金委(重点基金、国家杰出青年基金)、科技部“973”计划项目,以及深圳市微纳尺度生物力学检测与技术重点实验室的资助支持。

 (a)实验制备Ba0.7Sr0.3TiO3 (BST)铁电陶瓷声子晶体(PC)结构,(b)实验测量BST-PCBST纯板在相变温度前后的声透射谱。

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