[发明专利]一种仿生声子晶体及其制作方法

说明书

本发明提供了一种仿生声子晶体及其制作方法，包括串珠结构，所述串珠结构包括多个单胞结构，所述单胞结构包括第一中心纤维以及包裹在所述第一中心纤维表面的珠结构，所述多个单胞结构的第一中心纤维沿其延伸方向顺序连接；所述珠结构的材料是根据所述珠结构的材料参数确定的，所述珠结构的材料参数是根据仿生声子晶体的工作频率要求预先确定的，所述材料参数包括剪切模量和/或密度；其中，所述第一中心纤维的剪切模量比所述珠结构的剪切模量大1至2个数量级，所述第一中心纤维的密度和所述珠结构的密度处于同一数量级，从而可以使得仿生声子晶体的带隙中心频率和带隙宽度在预设范围内，进而使得仿生声子晶体的工作频率在预设范围内。

技术领域

本发明涉及声子晶体技术领域，更具体地说，涉及一种仿生声子晶体及其制作方法。

背景技术

声学技术被广泛应用于生产生活中的各个层面。先进声学材料和结构的设计与制备，是实现一系列声学应用的必要条件。声子晶体作为一种材料参数周期分布的声学材料和结构，具有弹性波带隙特性，即：能够阻止带隙频率范围内的弹性波在其中传播。利用这一特性，声子晶体可广泛应用于无损检测、信号传输、结构保护等诸多工程领域。

对于声子晶体的研究，主要围绕其弹性波带隙的调控与应用等方面展开。根据带隙形成机制的不同，声子晶体主要可划分为两种类型，分别为布拉格散射型和局域共振型。目前，这两类声子晶体在实际应用中均存在着一定的局限性。

其中，布拉格散射型声子晶体的弹性波带隙是由于特定频率的弹性波在周期性散射体中传播时发生的干涉相消现象而形成。这一机制限定了第一带隙中心频率所对应的弹性波波长为声子晶体单胞(即最小周期单元)尺寸的二倍。因此，当该类声子晶体的几何尺寸确定时，很难实现对带隙中心频率的进一步调控。相比之下，局域共振型声子晶体带隙的产生主要依赖弹性波与声子晶体结构局部耦合所引发的共振效应。这一机制为实现弹性波带隙的亚波长调控，即：利用较小的结构尺寸来阻止较长波长的波，提供了可能。

然而，通常情况下，局域共振现象所覆盖的频率范围一般较小，使得该类声子晶体的带隙宽度一般较窄。这种工作频率范围上的限制，是局域共振型声子晶体在实际应用中，所面临的和亟待解决的重要技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种仿生声子晶体及其制作方法，以拓宽局域共振型声子晶体的工作频率范围。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种仿生声子晶体，包括串珠结构，所述串珠结构包括多个单胞结构，所述单胞结构包括第一中心纤维以及包裹在所述第一中心纤维表面的珠结构，所述多个单胞结构的第一中心纤维沿其延伸方向顺序连接；

所述珠结构的材料是根据所述珠结构的材料参数确定的，所述珠结构的材料参数是根据仿生声子晶体的工作频率要求预先确定的，所述材料参数包括剪切模量和/或密度；

其中，所述第一中心纤维的剪切模量比所述珠结构的剪切模量大1至2个数量级，所述第一中心纤维的密度和所述珠结构的密度处于同一数量级。

可选地，所述仿生声子晶体包括多个沿第一方向依次排列的串珠结构以及多个沿所述第二方向依次排列的第二中心纤维，所述第一方向和所述第二方向垂直；

所述第一中心纤维的延伸方向与所述第二方向相同，所述第二中心纤维的延伸方向与所述第一方向相同，所述第二中心纤维与所述第一中心纤维交叉固定。

可选地，所述第二中心纤维为细长圆柱体。

可选地，所述第二中心纤维的直径范围为1h～10h；其中h为所述第一中心纤维的直径。

可选地，所述第二中心纤维的材料包括聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、尼龙和聚碳酸酯。

可选地，所述第一中心纤维为细长圆柱体；