CN110289051A - 一种湿度控制带隙的声子晶体 - Google Patents

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诸骏
吴化平
陈宇丹
刘振东
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    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G16C20/10—Analysis or design of chemical reactions, syntheses or processes

Abstract

一种湿度控制带隙的声子晶体，包括散射体材料和基体吸水材料，所述基体吸水材料呈二维周期结构排列，通过XY模式下的波动方程推导得出基体吸水材料质量密度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而达到用外场湿度控制带隙的目的。本发明提供了一种有效实现外场控制带隙的湿度控制带隙的声子晶体，从而达到不用重新制备也可调带隙的目的。

Description

一种湿度控制带隙的声子晶体
技术领域
本发明涉及声子晶体领域，尤其是一种湿度控制带隙的声子晶体。
背景技术
声子晶体(Phononic Crystals)，即弹性常数及密度周期分布的材料或结构。弹性波在声子晶体中传播时，受其内部结构的作用，在一定频率范围(带隙)内被阻止传播，而在其他频率范围(通带)可以传播。目前，常规的声子晶体，存在外场控制带隙困难的问题。
发明内容
为了克服已有声子晶体的外场控制带隙困难的不足，本发明提供了一种有效实现外场控制带隙的湿度控制带隙的声子晶体，从而达到不用重新制备也可调带隙的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种湿度控制带隙的声子晶体，包括散射体材料和基体吸水材料，所述基体吸水材料呈二维周期结构排列，声子晶体XY模式下的波动方程为：
其中，ρ(r)为该材料的密度参数，λ(r),μ(r)分别为拉梅第一参数和拉梅第二参数，它们统称为材料参数；uxy(r,t)表示在位置矢量r下的位移函数，t表示时间分量，下标x、y表示位移，仅与x、y坐标有关；是矢量微分算符，是二阶矢量微分算符，也叫拉普拉斯算符；通过该公式推导得出基体吸水材料质量密度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而达到用外场湿度控制带隙的目的。
进一步，散射体材料为硅。
再进一步，所述基体吸水材料为聚丙烯酸钠。
本发明中，聚丙烯酸钠是一种高分子吸水树脂(简称SAP)。基体吸水材料为聚丙烯酸钠。其吸水原理为：
—CH2＝CH-COOH+NaOH→—CH22＝CH-COONa+H2O
n(—CH2＝CH-COONa)→[－CH2－CH(COONa)]n
聚丙烯酸钠→架桥成网络结构。
它能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水。固态产品为白色(或浅黄色)块状或粉末，液态产品为无色(或淡黄色)粘稠液体。溶解于冷水、温水、甘油、丙二醇等介质中，而且对温度变化稳定。
本发明的有益效果主要表现在：能解决声子晶体带隙由外场控制困难的问题，有效实现外场湿度控制带隙。
附图说明
图1为二维声子晶体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种湿度控制带隙的声子晶体，包括散射体材料和基体吸水材料，所述基体吸水材料呈二维周期结构排列，声子晶体XY模式下的波动方程为：
其中，ρ(r)为该材料的密度参数，λ(r),μ(r)分别为拉梅第一参数和拉梅第二参数，它们统称为材料参数；uxy(r,t)表示在位置矢量r下的位移函数，t表示时间分量，下标x、y表示位移，仅与x、y坐标有关；是矢量微分算符，是二阶矢量微分算符，也叫拉普拉斯算符；通过该公式推导得出基体吸水材料质量密度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而达到用外场湿度控制带隙的目的。
进一步，所述散射体材料为硅。
再进一步，所述基体吸水材料为聚丙烯酸钠。
本实施例的聚丙烯酸钠的合成方法为如下方法：1.将去离子水和34kg链转移剂异丙醇依次加入反应釜中，加热至80～82℃。滴加14kg过硫酸铵和170kg单体丙烯酸的水溶液(去离子水)。滴毕后，反应3h。冷至40℃，加入30％的NaOH水溶液，中和至pH值为8.0～9.0蒸出异丙醇和水得液体产品。喷雾干燥得固体产品丙烯酸或丙烯酸酯与氢氧化钠反应得丙烯酸钠单体，除去副生的醇类，经浓缩、调节pH值，以过硫酸铵为催化剂聚合而得由丙烯酸和氢氧化钠反应制得丙烯酸钠单体，再在过硫酸铵催化下，聚合成聚丙烯酸钠将相对分子质量1 000～3 000的聚丙烯酸钠加入反应釜中，配成30％的水溶液即可；
2.丙烯酸或丙烯酸酯与氢氧化钠反应得丙烯酸钠单体，除去副产的醇类，经浓缩、调节PH值，以过硫酸铵为催化剂聚合制得。
3.聚合法：在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的500mL四口烧瓶中，加入一定量的去离子水，再加入链转移剂亚硫酸氢钠(用量占体系质量的4.5％)，搅拌溶解，加热升温至65℃，开始滴加单体丙烯酸及引发剂过硫酸铵水溶液。其中单体丙烯酸的质量分数占体系的30％，过硫酸铵的质量分数占体系的0.06％，滴加时间为3h，滴完后保温3h，用质量分数为30％氢氧化钠水溶液中和至pH值为7～7.5，得到无色的黏稠、低分子质量聚丙烯酸钠溶液。
4.乳液聚合法：单体溶液由丙烯酸经氢氧化钠溶液中和，再加入少量丙烯酰胺制得。在250mL反应瓶中，加入单体溶液、十二烷基磺酸钠，搅拌其混合均匀，同时通氮除氧20min，加入还原剂、乳化剂、溶剂和氧化剂。将体系升温至45℃，4h后结束聚合。升温达到一定的出水量后，停止反应。最后将反应液过滤烘干，得到粉末状产物(PAA-Na)。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种湿度控制带隙的声子晶体，其特征在于，包括散射体材料和基体吸水材料，所述基体吸水材料呈二维周期结构排列，声子晶体XY模式下的波动方程为：
其中，ρ(r)为该材料的密度参数，λ(r),μ(r)分别为拉梅第一参数和拉梅第二参数，它们统称为材料参数；uxy(r,t)表示在位置矢量r下的位移函数，t表示时间分量，下标x、y表示位移，仅与x、y坐标有关；是矢量微分算符，是二阶矢量微分算符，也叫拉普拉斯算符；通过该公式推导得出基体吸水材料质量密度和二维周期结构排列下的声子晶体带隙之间的函数关系，从而达到用外场湿度控制带隙的目的。
2.如权利要求1所述的一种湿度控制带隙的声子晶体，其特征在于，散射体材料为硅。
3.如权利要求1或2所述的一种湿度控制带隙的声子晶体，其特征在于，所述基体吸水材料为聚丙烯酸钠。
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