專利名稱：一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聲學(xué)，涉及了機(jī)械、凝聚態(tài)物理、力學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1993年聲子晶體的概念提出以來，聲子晶體的研究引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注。聲子晶體是ー種由兩種或兩種以上材料周期排列形成的聲帯隙功能材料。聲子晶體的ー個典型性能是會產(chǎn)生聲子帶隙，即一定頻率范圍的彈性波傳播被抑制。利用帶隙特性，可以設(shè)計一定頻率范圍內(nèi)的完全無振工作環(huán)境，以及設(shè)計制造新型的隔音降噪材料；還可以通過對其周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，認(rèn)為調(diào)控彈性波的傳播。因此，聲子晶體已成為材料學(xué)、物理學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、微機(jī)電等領(lǐng)域共同關(guān)注的研究熱點。 由板、梁、桿等微元件按照一定規(guī)則重復(fù)排列構(gòu)成的空間桁架結(jié)構(gòu)或格柵結(jié)構(gòu)等輕質(zhì)微結(jié)構(gòu)材料，具有很好的周期拓?fù)湫?，因為制作簡單而備受關(guān)注。且多孔材料具有相對密度低、比強(qiáng)度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點，其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單一功能的材料，因而在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、機(jī)械、醫(yī)藥和環(huán)保等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。與聲子晶體類似，由于周期性，多孔材料(多孔聲子晶體)中傳播的弾性波在一定的頻率范圍內(nèi)必然呈現(xiàn)能帶結(jié)構(gòu)和帶隙特征。大量科技工作者對多孔聲子晶體進(jìn)行了研究，但主要集中在ニ維情況，對三維多孔聲子晶體的研究較少，且未發(fā)現(xiàn)完全帶隙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)難以產(chǎn)生完全帶隙的不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種含共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括以下步驟步驟ー在第一層平板上粘接第一層蜂窩芯；步驟ニ在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第一層平板或蜂窩壁和第一層平板連接；步驟三在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板，制成第一層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；步驟四在第二層平板上粘接第二層蜂窩芯；步驟五在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第二層平板或蜂窩壁和第二層平板連接；步驟六在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板，制成第二層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；步驟七按上述方法在第三層平板上粘接第三層蜂窩芯，在第三層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第三層平板或蜂窩壁和第三層平板連接，在第三層蜂窩芯的上表面粘接第四層平板，制成第三層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；......在第N層平板上粘接第N層蜂窩芯，在第N層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第N層平板或蜂窩壁和第N層平板連接，在第N層蜂窩芯的上表面粘接第N+1層平板，制成第N+1層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)；N大于等于5;所述的共振單元包括在蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、一至六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯的上下平板在每個蜂窩上下的部分。含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)為第一層至第N層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料，順序粘接形成含簡立方晶格排列共振単元的三維聲子功能材料結(jié) 構(gòu)。所述的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料為在第一層平板上粘接第一層蜂窩芯，在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第一層平板或蜂窩壁和第一層平板連接；在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板，制成第一層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；在第二層平板上，粘接與第一層蜂窩芯材料完全相同的第二層蜂窩芯，在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第二層平板或蜂窩壁和第二層平板連接；在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板，制成第二層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；......在第N層平板上，粘接與第一層蜂窩芯材料完全相同的第N層蜂窩芯，在第N層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第N層平板或蜂窩壁和第N層平板連接；在第N層蜂窩芯的上表面粘接第N+1層平板，制成第N層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料。本發(fā)明的有益效果是由每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、一至六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯上下平板在每個蜂窩上下的部分構(gòu)成的共振単元，按照簡立方晶格排列，形成含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)；該三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生完全帶隙,通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)形狀和幾何尺寸可以調(diào)整帶隙的寬度和位置，進(jìn)而滿足不同聲學(xué)特性的要求；細(xì)小連接體個數(shù)從六個減小至ー個，可使帶隙中心頻率減小一個量級，以滿足低頻范圍內(nèi)減振降噪的要求。


圖I是蜂窩芯。圖2蜂窩芯的截面圖。圖3是不同形狀的質(zhì)量塊；(a)立方體質(zhì)量塊，(b)球體質(zhì)量塊。圖4是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振単元。圖5是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元截面圖。圖6是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振単元。
圖7是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元截面圖。圖8是含球體質(zhì)量塊和五個連接體的共振単元。圖9是含球體質(zhì)量塊和五個連接體的共振單元截面圖。圖10是含六個連接體的共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的截面圖。圖11是含ー個連接體的共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的截面圖。圖12是含共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)。圖13是含球體質(zhì)量塊和六個連接體的共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。圖14是含球體質(zhì)量塊和一個連接體的共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶 結(jié)構(gòu)圖。圖15是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。圖16是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。圖17是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨立方體質(zhì)量塊尺寸的變化情況。圖18是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨連接體截面尺寸的變化情況。圖19是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨立方體質(zhì)量塊尺寸的變化情況。圖20是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨連接體截面尺寸的變化情況。
具體實施例方式含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)為第一層至第N層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料，順序粘接形成含簡立方晶格排列共振単元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)。所述的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料為在第一層平板I上粘接第一層蜂窩芯，在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第一層平板I或蜂窩壁和第一層平板I連接；在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板2，制成第一層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；在第二層平板2上，粘接與第一層蜂窩芯材料完全相同的第二層蜂窩芯，在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第二層平板2或蜂窩壁和第二層平板2連接；在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板3，制成第二層含正方晶格排列共振単元的封閉的蜂窩材料；......在第N層平板N上，粘接與第一層蜂窩芯材料完全相同的第N層蜂窩芯，在第N層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第N層平板N或蜂窩壁和第N層平板N連接；在第N層蜂窩芯的上表面粘接第N+1層平板N+1，制成第N層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料。一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法之一，該方法包括以下步驟步驟一在第一層平板I上粘接第一層蜂窩芯，如圖I所示；蜂窩芯的高度等于每個蜂窩截面的邊長；所述的第一層蜂窩芯均是由正交排列的板組成；每個蜂窩的截面為正方形，如圖2所示；蜂窩芯中蜂窩的縱向、橫向個數(shù)均為5個；步驟二在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過一個連接體與第一層平板I連接；質(zhì)量塊為立方體，如圖3 (a)所示。步驟三在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板2，制成第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料； 步驟四在第二層平板2上粘接第二層蜂窩芯；步驟五在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過一個連接體與第二層平板2連接；步驟六在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板3，制成第二層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟七在第三層平板3上粘接第三層蜂窩芯；步驟八在第三層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過一個連接體與第二層平板3連接；步驟九在第三層蜂窩芯的上表面粘接第四層平板4，制成第三層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟十在第四層平板4上粘接第四層蜂窩芯；步驟十一在第四層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過一個連接體與第四層平板4連接；步驟十二在第四層蜂窩芯的上表面粘接第五層平板5，制成第四層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟十三在第五層平板5上粘接第五層蜂窩芯；步驟十四在第五層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過一個連接體與第五層平板5連接；步驟十五在第五層蜂窩芯的上表面粘接第六層平板6，制成第五層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)，如圖12所示。圖11為圖12的截面圖。所述的共振單元包括在蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、一個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯的上下平板在每個蜂窩上下的部分，如圖6所示；圖7為圖6的截面圖。所述的粘接均用漢高增韌膏狀粘合劑粘接。所述的第一至第五層蜂窩芯、所有的連接體、所有的質(zhì)量塊、第一層平板I至第六層平板6采用的材料均為鋁。一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法之二，該方法包括以下步驟
步驟一在第一層平板I上粘接第一層蜂窩芯，如圖I所示；蜂窩芯的高度等于每個蜂窩截面的邊長；所述的第一層蜂窩芯均是由正交排列的板組成；每個蜂窩的截面為正方形，如圖2所示；蜂窩芯中蜂窩的縱向、橫向個數(shù)均為5個；步驟二在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第一層平板I連接；質(zhì)量塊為立方體，如圖3 (a)所示。步驟三在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板2，制成第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟四在第二層平板2上粘接第二層蜂窩芯；步驟五在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第二層平板2連接； 步驟六在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板3，制成第二層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟七在第三層平板3上粘接第三層蜂窩芯；步驟八在第三層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第二層平板3連接；步驟九在第三層蜂窩芯的上表面粘接第四層平板4，制成第三層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟十在第四層平板4上粘接第四層蜂窩芯；步驟十一在第四層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第四層平板4連接；步驟十二在第四層蜂窩芯的上表面粘接第五層平板5，制成第四層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟十三在第五層平板5上粘接第五層蜂窩芯；步驟十四在第五層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第五層平板5連接；步驟十五在第五層蜂窩芯的上表面粘接第六層平板6，制成第五層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)，如圖12所示。圖10為圖12的截面圖。所述的共振單元包括在蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯的上下平板在每個蜂窩上下的部分，如圖4所示；圖5為圖4的截面圖。所述的粘接均用航空粘合劑粘接。所述的第一至第五層蜂窩芯、所有的連接體、所有的質(zhì)量塊、第一層平板I至第六層平板6采用的材料均為鐵。一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法之三，該方法包括以下步驟步驟一在第一層平板I上粘接第一層蜂窩芯，如圖I所示；蜂窩芯的高度等于每個蜂窩截面的邊長；所述的第一層蜂窩芯均是由正交排列的板組成；每個蜂窩的截面為正方形，如圖2所示；蜂窩芯中蜂窩的縱向、橫向個數(shù)分別為1000、800個；步驟二在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過五個連接體與蜂窩壁、第一層平板I連接；質(zhì)量塊為球體，如圖3 (b)所示。步驟三在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板2，制成第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材 料；步驟四在第二層平板2上粘接第二層蜂窩芯；步驟五在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過五個連接體與蜂窩壁、第二層平板2連接；步驟六在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板3，制成第二層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟七在第三層平板3上粘接第三層蜂窩芯；步驟八在第三層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過五個連接體與蜂窩壁、第二層平板3連接；步驟九在第三層蜂窩芯的上表面粘接第四層平板4，制成第三層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；......在第五百層平板(500)上粘接第五百層蜂窩芯，在第五百層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過五個連接體與或蜂窩壁和第五百層平板(500)連接，在第五百層蜂窩芯的上表面粘接第五百零一層平板(501)，制成第五百層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)；所述的共振單元包括在蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、五個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯的上下平板在每個蜂窩上下的部分，如圖8所示；圖9為圖8的截面圖；所述的粘接均用環(huán)氧樹脂膠粘劑粘接。所述的第一至第五百層蜂窩芯、所有的連接體、所有的質(zhì)量塊、第一層平板I至第五百層平板501采用的材料均為銅。一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法之四，該方法包括以下步驟步驟一在第一層平板I上粘接第一層蜂窩芯，如圖I所示；蜂窩芯的高度等于每個蜂窩截面的邊長；所述的第一層蜂窩芯均是由正交排列的板組成；每個蜂窩的截面為正方形，如圖2所示；蜂窩芯中蜂窩的縱向、橫向個數(shù)分別為800、1000個；步驟二在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第一層平板I連接；質(zhì)量塊為立方體，如圖3 (a)所示。步驟三在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板2，制成第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟四在第二層平板2上粘接第二層蜂窩芯；步驟五在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第二層平板2連接；步驟六在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板3，制成第二層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；步驟七在第三層平板3上粘接第三層蜂窩芯；步驟八在第三層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊，通過六個連接體與蜂窩壁、第二層平板3連接；步驟九在第三層蜂窩芯的上表面粘接第四層平板4，制成第三層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；......在第一千層平板(1000 )上粘接第一千層蜂窩芯，在第一千層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過六個連接體與或蜂窩壁和第一千層平板(1000)連接，在第一千層蜂窩芯 的上表面粘接第一千零一層平板(1001),制成第一千層含正方晶格排列共振單兀的封閉的蜂窩材料；形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)；所述的共振單元包括在蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯的上下平板在每個蜂窩上下的部分，如圖4所示；圖5為圖4的截面圖；所述的粘接均用航空粘合劑粘接。所述的第一至第一千層蜂窩芯、所有的連接體、所有的質(zhì)量塊、第一層平板I至第一千百層平板1001采用的材料均為鐵。上述四個實施方法中，蜂窩壁的厚度與第一層平板I至第N+1層平板N+1的厚度相同；第一至第N層蜂窩芯的高度等于每個蜂窩截面的邊長；所有的連接體的形狀均為截面為正方形的長方體。圖13是含球體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。在聲子功能材料能帶結(jié)構(gòu)圖中，橫坐標(biāo)為波矢，縱坐標(biāo)為頻率；通常使用基體中波長等于晶格常數(shù)的波所對應(yīng)的頻率(ct/a，ct為基體中橫波波速，a為按簡立方晶格排列共振單元的晶格常數(shù)，即圖4所示共振單元的邊長)作為基準(zhǔn)對本征頻率(Hz)的具體值進(jìn)行簡約化，得到無量綱的約化頻率或簡約頻率(記為Ω)。該結(jié)構(gòu)在第六和第七條能帶之間產(chǎn)生一個完全帶隙，無量綱帶隙范圍是O. 152〈Ω〈0. 158，無量綱帶隙中心頻率是O. 155。圖14是含球體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)在第六和第七條能帶之間產(chǎn)生一個完全帶隙，無量綱帶隙范圍是O. 053< Ω〈O. 058，無量綱帶隙中心頻率是O. 0555。圖15是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)在第六和第七條能帶之間產(chǎn)生一個完全帶隙，無量綱帶隙范圍是O. 19〈Ω〈0· 23，無量綱帶隙中心頻率是O. 21。圖16是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)在第六和第七條能帶之間產(chǎn)生一個完全帶隙，無量綱帶隙范圍是O. 057< Ω〈O. 067，無量綱帶隙中心頻率是O. 062。圖17是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨立方體質(zhì)量塊尺寸的變化情況。蜂窩壁厚度與連接體的截面形狀保持不變。蜂窩壁的厚度為a_b，a為晶格常數(shù)；立方體質(zhì)量塊的尺寸記為c ;連接體正方形截面的尺寸記為d。圖中橫坐標(biāo)為立方體質(zhì)量塊的尺寸與晶格常數(shù)的比值，c/a,縱坐標(biāo)為無量綱頻率。空心點表示帶隙下邊界，實心點表示帶隙上邊界。隨著立方體尺寸c的增大，帶隙上下邊界逐漸增大；帶隙寬度和帶隙中心頻率逐漸增大。圖18是含立方體質(zhì)量塊和六個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨連接體截面尺寸d的變化情況。蜂窩壁厚度與立方體質(zhì)量塊尺寸保持不變。圖中橫坐標(biāo)為連接體截面的尺寸與晶格常數(shù)的比值，d/a，縱坐標(biāo)為無量綱頻率。隨著連接體截面尺寸d的增大，帶隙上下邊界逐漸增大；帶隙寬度先增大再減小，帶隙中心頻率逐漸增大。圖19是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨立方體質(zhì)量塊尺寸c的變化情況。蜂窩壁厚度與連接體的截面形狀保持不變。圖中橫坐標(biāo)為立方體質(zhì)量塊的尺寸與晶格常數(shù)的比值，c/a，縱坐標(biāo)為無量綱頻率。隨著立方體尺寸c的增大，帶隙下邊界逐漸增大，上邊界先增大再減小；帶隙寬度先增大再減小，帶隙中心頻率逐漸增大。圖20是含立方體質(zhì)量塊和一個連接體的共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的帶隙邊界隨連接體截面尺寸d的變化情況。蜂窩壁厚度與立方體質(zhì)量塊尺寸保持不變。圖 中橫坐標(biāo)為連接體截面的尺寸與晶格常數(shù)的比值，d/a，縱坐標(biāo)為無量綱頻率。隨著連接體截面尺寸d的增大，帶隙上下邊界逐漸增大；帶隙寬度先增大再減小，帶隙中心頻率逐漸增大。由上述分析可以看出，根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的聲子功能材料結(jié)構(gòu)，由每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、一至六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯上下平板在每個蜂窩上下的部分構(gòu)成的共振單元，按照簡立方晶格排列，形成含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)；該三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生完全帶隙；通過調(diào)節(jié)共振單元的結(jié)構(gòu)形狀和幾何尺寸可以調(diào)整帶隙的寬度和位置，進(jìn)而滿足不同聲學(xué)特性的要求；細(xì)小連接體個數(shù)從六個減小至一個，可使帶隙中心頻率減小一個量級，以滿足低頻范圍內(nèi)減振降噪的要求。
權(quán)利要求
1.一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是包括以下步驟 步驟一在第一層平板(I)上粘接第一層蜂窩芯； 步驟二在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第一層平板(1)或蜂窩壁和第一層平板(I)連接； 步驟三在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板(2)，制成第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料； 步驟四在第二層平板(2)上粘接第二層蜂窩芯； 步驟五在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第二層平板(2)或蜂窩壁和第二層平板(2)連接； 步驟六在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板(3)，制成第二層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料； 步驟七按上述方法在第三層平板(3)上粘接第三層蜂窩芯，在第三層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第三層平板(3)或蜂窩壁和第三層平板(3)連接，在第三層蜂窩芯的上表面粘接第四層平板(4)，制成第三層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料； 在第N層平板(N)上粘接第N層蜂窩芯，在第N層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第N層平板(N)或蜂窩壁和第N層平板(N)連接，在第N層蜂窩芯的上表面粘接第N+1層平板(N+1)，制成第N+1層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料；形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)； N大于等于5; 所述的共振單元包括在蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、一至六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯的上下平板在每個蜂窩上下的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于 所述的第一至第N層蜂窩芯、所有的連接體、所有的質(zhì)量塊、第一層平板(I)至第N+1層 平板(N+1)米用相同的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于 所述的第一至第N層蜂窩芯均是由正交排列的板組成；每個蜂窩的截面為正方形；蜂窩壁的厚度與第一層平板(I)至第N+1層平板(N+1)的厚度相同；第一至第N層蜂窩芯的聞度等于每個蜂窩截面的邊長。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于 所述的質(zhì)量塊的形狀是球型或立方體。
5.含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)，其特征在于 含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)為第一層至第N層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料，順序粘接形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)；所述的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)的第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料為在第一層平板(I)上粘接第一層蜂窩芯，在第一層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第一層平板(I)或蜂窩壁和第一層平板(I)連接；在第一層蜂窩芯的上表面粘接第二層平板(2)，制成第一層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料； 在第二層平板(2 )上，粘接與第一層蜂窩芯材料完全相同的第二層蜂窩芯，在第二層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第二層平板(2)或蜂窩壁和第二層平板(2)連接；在第二層蜂窩芯的上表面粘接第三層平板(3)，制成第二層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料； 在第N層平板(N)上，粘接與第一層蜂窩芯材料完全相同的第N層蜂窩芯，在第N層蜂窩芯的每個蜂窩內(nèi)放置質(zhì)量塊、通過一至六個連接體與第N層平板(N)或蜂窩壁和第N層平板(N)連接；在第N層蜂窩芯的上表面粘接第N+1層平板(N+1 )，制成第N層含正方晶格排列共振單元的封閉的蜂窩材料。
全文摘要
一種含共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于聲學(xué)材料學(xué)等領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有多孔材料結(jié)構(gòu)難以產(chǎn)生完全帶隙的不足。該材料結(jié)構(gòu)由共振單元按簡立方晶格排列形成。該材料結(jié)構(gòu)的制作方法是制作含正方晶格排列共振單元的第一至第N層封閉的蜂窩材料，層間彼此固接，形成含簡立方晶格排列共振單元的三維聲子功能材料結(jié)構(gòu)。每個蜂窩內(nèi)放置的質(zhì)量塊、一至六個連接體、蜂窩壁、蜂窩芯上下平板在每個蜂窩上下的部分構(gòu)成共振單元。N大于等于5。該材料結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生完全帶隙，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)形狀、結(jié)構(gòu)幾何尺寸和連接體的個數(shù)可以調(diào)整帶隙的寬度和位置，滿足不同聲學(xué)特性的要求。
文檔編號G10K11/162GK102708853SQ20121015144
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者柯佼, 汪越勝, 王艷鋒 申請人:北京交通大學(xué)