智能压电声子晶体与超材料研究现状与展望

作     者：李政阳 王彦正 马天雪 张传增 Zhengyang Li;Yanzheng Wang;Tianxue Ma;Chuanzeng Zhang

作者机构：Department of Civil EngineeringSchool of Science and Technology University of SiegenD-57076 SiegenGermany 

基　　金：德国研究联合会(ZH 15/27-1 ZH 15/29-1 ZH 15/30-1)资助 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2022年第67卷第12期

页      码：1305-1325页

摘      要：声子晶体与超材料作为一种人工设计的新型材料或结构,具有许多独特和超常的弹性波传播特性,为机械振动的有效控制与弹性波的精准调控提供了一个崭新的研究途径与充满希望的应用机遇.然而,由于传统的声子晶体与超材料在加工制备之后不易根据实际需求重新调整其几何参数和材料属性,大大限制了其实际应用.基于压电或力-电耦合效应的智能压电声子晶体与超材料,通过调节电场即可按需调控结构的振动或波动特性,可大大拓宽传统声子晶体与超材料的应用范围.本文依据压电材料与弹性材料或结构不同的融合形式,试图将智能压电声子晶体与超材料大致分为三类:第一类为单一压电声子晶体与超材料,此类仅由单一的压电材料组成,可以外接电极也可以无外接电极;第二类为内嵌式压电/弹性复合材料型压电声子晶体与超材料,该类由压电散射体埋嵌在弹性基体中而构成,当然也可将压电材料与弹性基体的角色互换;第三类为由外贴式压电片与弹性结构组成的复合型压电声子晶体与超材料,此类将压电片外贴在弹性基体结构(杆、梁、板等)的表面.已有研究表明,相较于其他弹性波调控方式,基于压电或力-电耦合效应的智能压电声子晶体和超材料的主要优势体现在反应迅速,无须改变原有结构的固有形状与组成.仅依靠压电效应而无外接电路或主动控制的情况下,压电效应对机械振动和弹性波调控幅度十分有限,效率较低,但通过外接电路或主动控制可拓宽布拉格带隙,激发新的局域共振带隙,融合布拉格和局域共振带隙,并能有效达到上述新颖弹性波特性调控的目的.最后,在总结已有研究成果的基础上,对该领域的研究现状给出了若干结论,同时指出了仍然存在的一些问题,并对未来研究的需求、期待与发展趋势进行了展望.

主 题 词：智能声子晶体 智能超材料 压电材料 外接电路 主动控制 振动与弹性波传播 

学科分类：07[理学] 070205[070205] 08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 0703[理学-化学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/TB-2021-1265

馆 藏 号：203110958...