深圳先進(jìn)院溫度調(diào)控聲子晶體研究獲進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像及先進(jìn)材料研究團(tuán)隊(duì)在可調(diào)控聲子晶體方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果（Phononic Crystal Tunable via Ferroelectric Phase Transition）發(fā)表在PHYSICAL REVIEW APPLIED 4, 034009 (2015)。

　　聲子晶體（Phononic crystal） 或聲超常材料 （acoustic metamaterials）是指人工結(jié)構(gòu)單元在空間上周期或特殊形式排列構(gòu)成的復(fù)合材料，是繼天然晶體（調(diào)控電 子）、光子晶體（調(diào)控電磁波）后提出的調(diào)控聲波/彈性波的人工復(fù)合材料。通過設(shè)計(jì)和調(diào)控人工結(jié)構(gòu)單元的材料成分或空間排列，這類材料可以產(chǎn)生奇特的能帶特 性，能夠靈活調(diào)控聲波的分布和傳播，在新型超聲成像/操控、新型聲傳感器、濾波器、聲超透鏡、聲學(xué)隱身等功能器件上具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，一般結(jié)構(gòu)單元空間排列固定后，聲子晶體或聲超常材料的物理性質(zhì)也隨之固定，這極大地限制了這類人工材料的應(yīng)用，因此發(fā)展新型調(diào)控技術(shù)具有重要價值。

　　深圳先進(jìn)院超聲技術(shù)項(xiàng)目組創(chuàng)新性提出基于溫度變化的材料與器件性能調(diào)控技術(shù)：將鐵電相變材料作為溫度敏感材料用于聲子晶體的單元結(jié)構(gòu)，該聲子晶體僅通過改變環(huán)境溫度，即可以實(shí)現(xiàn)對聲波靈活的調(diào)控。該研究首次實(shí)驗(yàn)上設(shè)計(jì)并制備了Ba_0.7Sr_0.3TiO₃ (BST)鐵電陶瓷聲子晶體結(jié)構(gòu)，在室溫20K的變化范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對聲波透射頻率20%的 偏移。該項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)可調(diào)控聲人工結(jié)構(gòu)提供了理論支撐和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，有望利用更多的智能結(jié)構(gòu)和材料（如溫度、力、電、磁、機(jī)械等敏感材料）設(shè)計(jì)可調(diào)控聲人工 結(jié)構(gòu)，利用溫度、力、電、磁、機(jī)械等智能化參量對聲人工結(jié)構(gòu)性質(zhì)調(diào)控，以拓展這類材料在高端智能聲學(xué)器件及生物醫(yī)學(xué)超聲等研究中的應(yīng)用。

　　上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委（重點(diǎn)基金、國家杰出青年基金）、科技部“973”計(jì)劃項(xiàng)目，以及深圳市微納尺度生物力學(xué)檢測與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助支持。

　　（a）實(shí)驗(yàn)制備Ba0.7Sr0.3TiO3 (BST)鐵電陶瓷聲子晶體（PC）結(jié)構(gòu)，（b）實(shí)驗(yàn)測量BST-PC及BST純板在相變溫度前后的聲透射譜。