JP2014215617A - フォノニック・メタマテリアル・デバイス、及び、フォノニック・デバイスにおける弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰するプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
例1:FDTDバンド構造及び変位場
FDTDモデル及びプロセス
関心対象となるPCは、PDMSの均質な弾性マトリクス中に埋設されたPSの複数の柱状ロッドの方形配列で構成される。各材料のこの組み合わせは、回転波に対応するモードを備えた独特の弾性バンド構造を提供する。FDTD計算において使用されたPS及びPDMSに対する弾性パラメータは、以下に列挙される:ρ,PS=1,050kg/m3、CL,PS=2,350m/s、CT,PS、ρ,PDMS=965kg/m3、CL,PDMS=1,076m/s、及び、CT,PDMS=27.6m/s、その場合、ρ、CL及びCTは、夫々、密度、縦方向音速、及び、横方向音速を表す。異なる充填割合(ff)の数種のPCが考察され、その場合、ffは、PS/PDMS製のPCに対する2Dの原始的な単位セルにおけるPSの面積割合を表す。上記FDTD法は、本明細書において考察される固体/固体複合体に対するバンド構造及び変位場を生成する有効な手段である。
図1は、4つの異なるff値((a)ff=0.5、(b)ff=0.6、(c)ff=0.7、(d)ff=0.8)において上記PS/PDMS製のPCに対する既約ブリュアン域における高対称方向に沿う分散曲線を示している。ff=0.8に対し、PSの柱状ロッドの半径は、上記PCの格子パラメータの半分より大きい。この場合、隣り合う単位セルからのPSの柱状ロッド同士の間には僅かな重なり合いが許容され、隔離されたPDMSのポケットが効果的に生成される((d)の差込み図を参照)。図1における全てのバンド構造の垂直軸心は、Ω0=va/CLとした換算周波数単位で表現されている。此処で、CL値は、PDMSに対するそれである(1,076.5m/s)。
単原子格子及び二原子格子
複数の調和振動スプリングにより接続された矩形要素(コッセラ要素)の無限鎖から成る1Dの離散的なコッセラ格子モデルが使用された。上記モデルにおける各要素は、2つの並進の自由度、及び、1つの回転の自由度(xy平面に対して直交する軸心の回りの回転)を有すると考えられる。図5aの左側及び図5bの頂部は、夫々、単原子及び二原子のコッセラ格子モデルに対する反復可能な単位セルを示している。図5aは周期性(h)を示し、且つ、図5bは周期性(2h)を示している。
図6aには、単原子コッセラ格子に対する分散曲線が示される。長さパラメータ(a、h)、ならびに、スプリング剛性パラメータk0、k1及びk2に対しては、任意の値が選択される。
フォノニック・デバイスにおける弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰する方法であって、
3次元的な格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂から成る球状の単位セルの分散相を備えるエラストマの配列を備えるフォノニック・デバイスを配備する段階であって、
上記熱可塑性樹脂と上記エラストマとの間における縦方向音速(CL)及び横方向音速(CT)の比率が、夫々、約2.0以上及び約40以上である、
という段階と;
上記分散相の分画濃度と、球体の半径とを変更する段階であって、
上記分散相の分画濃度は上記柱状ロッドの半径に反比例し、且つ、該分画濃度は、隣接する熱可塑性樹脂の球体同士の間にエラストマの内接体積を形成すべく構成されることで、上記弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰し、
(i)上記格子は、2次元的であると共に、該格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂の単位セルは(例えばロッドなどの)柱状であり、(ii)上記格子は矩形及び/または六角形であり、
(iii)上記分散相の充填割合(ff)は、上記柱状ロッドの半径に反比例し、(iv)隣接する熱可塑性樹脂の柱状ロッド同士の間に上記エラストマの内接体積をもたらすべく構成され、
(v)上記格子は3次元的であると共に、該格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂の単位セルは球状であり、(vi)上記格子は立方晶、及び/または、最密六方晶の配列であり、(vii)上記分散相の充填割合(ff)は、上記球体の半径に反比例し、(viii)隣接する熱可塑性樹脂の球体同士の間に上記エラストマの内接体積をもたらすべく構成され、
(ix)上記エラストマは、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン・ブタジエン・ゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエン、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、ケイ素含有エラストマ、ポリウレタン、及び、それらの独立気泡もしくは連続気泡発泡体、及び/または、それらの任意の組み合わせであり、(x)上記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリオキシフェニレン(POP)、ポリスルホン、ポリスチレン(PS)、ポリアリールエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、アセタール、ポリイミド、ポリアリーレンスルフィド、または、上述の内の少なくとも一種類の共重合体であり、
(xi)上記エラストマはポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)であり、且つ、上記熱可塑性樹脂はポリ(スチレン)(PS)であり、
(xii)上記分散相の充填割合(ff)は0.72以上であり、且つ、
(xiii)上記デバイスは、音響的振動緩和材料;音響吸収材料;振動緩和材料;音響的ミラー;シーラント;絶縁体;結合器;薄膜;厚板;熱電対;導波路;または、上述の内の少なくとも一種類を含むフォノニック・デバイス;である、
という段階と;
を有する方法が提供される。
フォノニック・デバイスにおける弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰するプロセスであって、該プロセスは、
2次元的な格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂から成る柱状分域の分散相を含有するエラストマのマトリクスで構成されたフォノニック・デバイスを配備する段階を含み、
上記熱可塑性樹脂の柱状分域と上記エラストマとの間における縦方向音速(CL)及び横方向音速(CT)の比率が、夫々、2.0以上及び40.0以上であり、
上記2次元的格子は矩形もしくは六角形であり、
(xv)上記エラストマは、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン・ブタジエン・ゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエン、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、ケイ素含有エラストマ、ポリウレタン、及び、それらの独立気泡もしくは連続気泡発泡体、及び/または、それらの任意の組み合わせであり、(xvi)上記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリオキシフェニレン(POP)、ポリスルホン、ポリスチレン(PS)、ポリアリールエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、アセタール、ポリイミド、ポリアリーレンスルフィド、または、上述の内の少なくとも一種類の共重合体であり、
(xvii)該プロセスは、上記エラストマの弾性率(ヤング率)を改変する段階を更に備え、
(xviii)上記エラストマはポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)であり、且つ、上記熱可塑性樹脂はポリ(スチレン)(PS)であり、且つ、
(xix)上記分散相の充填割合(ff)は0.72以上である、
というプロセスが提供される。
フォノニック・デバイスにおける弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰するプロセスであって、該プロセスは、
3次元的格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂から成る球状または多面体状の分域の分散相を含有するエラストマ・マトリクスで構成されたフォノニック・デバイスを配備する段階を含み、
上記熱可塑性樹脂と上記エラストマとの間における縦方向音速(CL)及び横方向音速(CT)の比率が、夫々、2.0以上及び40以上であり、
該プロセスにおいて、
(xix)上記3次元的格子の充填は、立方晶、最密充填六方晶、または、斜方晶であり、
(xx)上記エラストマは、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン・ブタジエン・ゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエン、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、ケイ素含有エラストマ、ポリウレタン、及び、それらの独立気泡もしくは連続気泡発泡体、及び/または、それらの任意の組み合わせであり、(xxi)上記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリオキシフェニレン(POP)、ポリスルホン、ポリスチレン(PS)、ポリアリールエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、アセタール、ポリイミド、ポリアリーレンスルフィド、または、上述の内の少なくとも一種類の共重合体であり、
(xxii)該プロセスは、幾つかの実施形態において、上記エラストマの弾性率(ヤング率)を改変する段階を伴い、
(xxiii)上記エラストマはポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)であり、且つ、上記熱可塑性樹脂はポリ(スチレン)(PS)である、
というプロセスが提供される。
CT 横方向音速
ff 充填割合
Claims (20)
- 2次元的なまたは3次元的な格子を形成すべく周期的に反復する熱可塑性樹脂の複数の分域の分散相を備えるエラストマのマトリクスを備えるフォノニック・メタマテリアル・デバイスであって、
前記熱可塑性樹脂と前記エラストマ樹脂との間における縦方向音速(CL)及び横方向音速(CT)の比率が、夫々、2.0以上及び40.0以上である、フォノニック・メタマテリアル・デバイス。 - 前記格子は2次元的であり、且つ、前記格子を形成する前記周期的に反復する複数の分域は柱状である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記格子は矩形状または六角形状である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記周期的に反復する複数の分域の充填割合(ff)は、該周期的に反復する複数の分域の各々の半径に反比例する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記分散相の充填割合(ff)は、前記周期的に反復する熱可塑性樹脂の複数の分域の内で隣接する分域同士の間に前記エラストマの内接体積をもたらすべく構成される、請求項4に記載のデバイス。
- 前記格子は3次元的であると共に、前記格子を形成する前記周期的に反復する複数の分域は球状であり、
前記周期的に反復する分域は各々、半径を有する、請求項1に記載のデバイス。 - 前記格子は、立方晶、最密充填六方晶、または、斜方晶である、請求項6に記載のデバイス。
- 前記分散相の充填割合(ff)は、前記周期的に反復する複数の分域の各々の半径に反比例する、請求項7に記載のデバイス。
- 前記分散相の充填割合(ff)は、前記周期的に反復する複数の分域の内で隣接する分域同士の間に前記エラストマの内接体積をもたらすべく構成される、請求項8に記載のデバイス。
- 前記エラストマは、天然ゴム、ポリイソプレン、スチレン・ブタジエン・ゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエン、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、ケイ素含有エラストマ、ポリウレタン、それらの独立気泡もしくは連続気泡発泡体の内の少なくとも一種類である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリオキシフェニレン(POP)、ポリスルホン、ポリスチレン(PS)、ポリアリールエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、アセタール、ポリイミド、ポリアリーレンスルフィド、または、それらの共重合体の内の少なくとも一種類である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記エラストマはポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)であり、且つ、前記熱可塑性樹脂はポリ(スチレン)(PS)である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記分散相の充填割合(ff)は0.72以上である、請求項12に記載のデバイス。
- フォノニック・デバイスにおける弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰するプロセスであって、
2次元的もしくは3次元的な格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂の分域の分散相を備えるエラストマのマトリクスを備えるフォノニック・デバイスであって、前記熱可塑性樹脂と前記エラストマとの間における縦方向音速(CL)及び横方向音速(CT)の比率が、夫々、2.0以上及び40.0以上であるというフォノニック・デバイスを配備する段階と、
前記分散相の充填割合(ff)及び前記周期的に反復する複数の分域に対する分域半径を制御する段階であって、前記充填割合(ff)は、前記周期的に反復する複数の分域の内で隣接する分域同士の間に前記エラストマの内接体積をもたらすことで前記弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰すべく構成されるという段階とを有する、
プロセス。 - 前記エラストマの弾性率(ヤング率)を改変する段階を更に有する、請求項14に記載のプロセス。
- 前記分散相の充填割合(ff)は0.72以上である、請求項15に記載のプロセス。
- 前記デバイスを、車両本体に対して振動接触させて載置する段階を更に有する、請求項15に記載のプロセス。
- フォノニック・デバイスにおける弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰するプロセスであって、
3次元的格子を形成すべく周期的に反復する複数の熱可塑性樹脂の球状もしくは多面体状の分域の分散相を備えるエラストマのマトリクスを備えるフォノニック・デバイスであって、前記熱可塑性樹脂と前記エラストマとの間における縦方向音速(CL)及び横方向音速(CT)の比率が、夫々、2.0以上及び40以上であるというフォノニック・デバイスを配備する段階と、
前記分散相の充填割合(ff)及び前記周期的に反復する複数の分域に対する分域半径を制御する段階であって、前記充填割合(ff)は、前記周期的に反復する複数の分域の内で隣接する分域同士の間に前記エラストマの内接体積を形成することで前記弾性的及び/または音響的なバンドギャップの周波数を減衰すべく構成されるという段階とを有する、
プロセス。 - 前記エラストマの弾性率(ヤング率)を改変する段階を更に有する、請求項18に記載のプロセス。
- 前記デバイスを、車両本体に対して振動接触させて載置する段階を更に有する、請求項18に記載のプロセス。
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