力学大会2015集ms7104固体双负介质声波折射现象研究

同时具有负密度和负模量的双负介质可以实现高分辨率声波聚焦，在生物医学成像领域具有潜在的应用前景。本文提出了一种固体双负介质模型，并研究了其声波聚焦现象。模型由四个刚性圆柱夹杂四方周期排布于固体基体中构成，与单胞内只包含一个刚性夹杂的传统声子晶体相比，该模型不仅可以通过局域共振产生双负介质特性，还可以通过刚性夹杂的几何尺寸调整双负介质的等效关键词 出，双负介质具有负折射率，可以实现声波聚焦，同时可以放大凋落波(Evanescentwave)，可以使聚焦分辨率突破衍射极限的限制，因此如何设计声波双负介质成为实现超分辨聚焦的关键。为了得到负等效参数，2000年Liu等[3]通过引入局域共振机制产生低频带隙，并发现所对应的有效质量密度为负数。2004年，Li等[4]把橡胶小球置于水中形成周期结构，发现这一结构在某一频带上质量密度和体积模量同时为负。2009NicholasFang小组[5]实现超声聚焦，并在实验中得以验证。然而，由于材料耗散导致凋落波的放大不足，成像分辨率并JPage小组[67]采用碳化钨和水构成的三维声子晶体作为平板声透镜，在出了固体“金属水”结构，Hladky等人[9]进行了该类结构的声聚焦实验。2014年，Zhou等人[10]提Zhou等人提出的模型出发，重新提出了一种基于局域共振机制的固体双负介质模型，该模型由四个铜柱四方周期排布于固体基体中构成，固体基体是由亚克力树脂（Acrylic-based1R的铜柱对称排布于固体基体中，铜柱的离心距为

1COMSOL程序进行带结构计算，可以2b)ffcr时，则该蜂窝状基体可以近似等效为均匀材料，其中fcr是横波和纵波近似线性的最大频率。2a)三角格子单胞结构图b） »VABPr= d-d2

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456723a)所示，其和与水线的交点B的模态图，可以发现存在局域共振现象，且纵波模式起主导作用。n5n*l*=2.17e-由于含微结构胞元的基体三角单元数量有限，无法完全与等效均匀介质相同，因此图3a)的频构模型的频散曲线对比图，如图3c），结果基本吻合。Al2dnl2d=5，这样既可以使基体等效模量降低，又可以保n=10时，含微结构胞元与等效均匀基体的频散曲线形状基本相同，仅数值相差约5%，可以认为n=10是合理的。RDR，得到不同构型对应的频散曲线与水线的交点频率，计算该等效阻抗与水阻抗的比值随DR的变化规律n5n*l*=2.17e-8*40的声透镜，置于纯水环境下进行聚焦模拟。在距离透镜左侧表面一f=23.9KHz7a)所示。在7b），HMFW=0.73λ>0.5λ。文中提出了一种低损耗固体双负介质模型，由于胞元内四个刚性夹杂的局域共振作用，胞元在第八阶会出现负折射带，产生等效负质量密度和负体积模量的双负现象。调节基体三角网格的长细比，可以调节基体的静态密度和模量，在临界频率范围内都能进行准静态等效。改变刚性夹杂的几何尺寸，夹杂之间的相互作用会影响胞元的宏观属性，可以用于调节胞元的等效参数。当等效阻抗与水匹配时，声透射效果达到最优。受限于实际考虑及加工精度，胞元无法设计得很小，因此三角网格的长细比、基体的模量仍然很大，所以计算得到的交点频率很高，造成微结构无法严格满足长波条件，这直接导致了等效方法有较大的误差，无法有效预测实际声压透射系数。下一步工作将继续优化该构型，降低交点频率，从而使等效方法能够准确预测声透射系数，指导固体双负介质的微PendryJB.Negativerefractionmakesaperfectlens.Physicalreviewletters,2000,85(18):LiuZ,ZhangX,MaoY,etal.Locallyresonantsonicmaterials.Science,2000,289(5485):1734-LiJ,ChanCT.Double-negativeacousticmetamaterial.PhysicalReviewE,2004,70(5):SukhovichA,MerhebB,MuralidharanK,etal.Experimentalandtheoreticalevidenceforsubwavelengthimaginginphononiccrystals.Physicalreviewletters,2009,102(15):154301.A.N.Norris.Acousticmetafluids.Acoust.Soc.Am.,125(2):839–849,AppliedPhysicalLetters,2013,102(14),144103.DOUBLE-NEGATIVESOLIDMEDIUMNEGATIVEREFRACTIONRUANXinpeng,WANGZhaojun,ZHOU(KeyLaboratoryofDynamicsandControlofFlightVehicle,SchoolofAerospaceEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)AbstractDouble-negativesolidmediumwithnegativemassdensityandnegativebulkmoduluscanbeusedtoachievehigh-solutionacousticfocusing,whichispromisinginbiomedicalimaging.Inthispaper,weproposeadoublynegativesolidmodelforacousticfocusinginawaterenvironment.Thesolidmodeliscomposedoffourrigidcylindersembeddedinahoneycombsolidmatrixinsquarelattice.Comparedwithconventionalphononiccrystalwithonerigidcylinder,theproposedmodelcanachievedoublenegativepropertiesbylocalresonanceanditismuchmoreconvenienttocontrolacousticwavebyadjustingthegeometryofmicrostructures.K