壓電材料在可調(diào)聲子晶體中的應(yīng)用

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1、碩士學(xué)位論文壓電材料在可調(diào)聲子晶體中的應(yīng)用作者姓名方澤群學(xué)科專業(yè)凝聚態(tài)物理指導(dǎo)教師侯志林教授所在學(xué)院物理與光電學(xué)院論文提交日期2018年4月ApplicationofthepiezoelectricmaterialforthedesignoftunablephononiccrystalsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：FangZequnSupervisor：Prof.HouZhilinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分類號(hào)：O469學(xué)校代號(hào)：10561

2、學(xué)號(hào)：201520122313華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（壓電材料在可調(diào)聲子晶體中的應(yīng)用）作者姓名：方澤群指導(dǎo)教師姓名、職稱：侯志林教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：理學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)名稱：凝聚態(tài)物理研究方向：聲子晶體論文提交日期：2018年4月14日論文答辯日期：2018年5月31日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會(huì)成員：主席：蘇成悅委員：傅秀軍陳熹侯志林李鋒摘要本文對(duì)壓電材料在可調(diào)聲子晶體中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。將外接分流電路引入到壓電聲子晶體棒中，研究了不同外接電路情況下聲子晶體棒的能帶特性，分析了壓電聲子晶體帶隙位置與寬度與不同外接電路的關(guān)系，探討了其帶隙形成機(jī)理與可調(diào)性

3、。主要研究結(jié)論包括：(1)對(duì)一維壓電聲子晶體棒的帶特性進(jìn)行了研究，根據(jù)壓電方程，推導(dǎo)了彈性波在壓電材料中的波動(dòng)方程，并且根據(jù)波動(dòng)方程推導(dǎo)了不同電學(xué)邊界條件下壓電聲子晶體的傳遞矩陣。(2)根據(jù)傳遞矩陣與布洛赫定理，計(jì)算了開路，短路，外接電容，外接電感，外接電容-電感電路時(shí)壓電聲子晶體的帶結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，通過(guò)引入不同外接電路，可以得到不同的聲子晶體帶隙，通過(guò)調(diào)節(jié)外接電路中的電學(xué)元件，可以對(duì)聲子晶體的帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。(3)通過(guò)外電路將相鄰的多層周期中的壓電材料進(jìn)行連接，根據(jù)波動(dòng)方程推導(dǎo)了多層耦合系統(tǒng)的傳遞矩陣，并以短路邊界條件為例計(jì)算了能帶結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)彈性波在多層耦合系統(tǒng)中的傳播不僅要滿

4、足彈性邊界條件，還要滿足電學(xué)邊界條件。通過(guò)改變外接電路，構(gòu)造周期長(zhǎng)度為原晶格常數(shù)整數(shù)倍的超元胞，可實(shí)現(xiàn)低頻下準(zhǔn)連續(xù)可調(diào)的彈性波帶隙。關(guān)鍵詞：壓電；聲子晶體；能帶結(jié)構(gòu)；可調(diào)性；傳遞矩陣IABSTRACTInthispaper,weinvestigatethedispersionpropertiesoftheone-dimensionalpiezoelectricphononiccrystalswithshuntedexternalcircuit.Themechanismofhowthepositionandwidthofbandgapcanbeinfluencedbytheshunti

5、ngcircuitisinvestigated.Basedontheresults,wesuggestanewwayforthedesignoftunablephononiccrystals.Themainconclusionsincluding:(1)Wetheoreticallyinvestigatethepropagatingpropertiesofelasticwaveinsidetheone-dimensionalpiezoelectricphononiccrystals.Thetransfermatrixmethodisextendedaccordingtothepiez

6、oelectricequationandtheelasticequation(2)AccordingtothetransfermatrixandtheBlochtheorem,wecalculatethedispersioncharacteristicwithopen-circuit,short-circuit,capacitance(C)-circuit,inductance(L)-circuitandLC-circuit.Resultshowsthatthepositionandwidthofthebandgapvarywiththeshuntingcircuits.Bytuni

7、ngtheelectricalelementsintheshuntingcircuit,thebandgapcanbetunedeasily.(3)Byseriallyconnectingthepiezoelectricsegmentsintosupercellsbywire,whichintroducesaninter-couplingeffectamongthevibrationofpiezoelectricsegments,weconstructan