利用散射体制备三组元声子晶体的方法

专利名称：利用散射体制备三组元声子晶体的方法
技术领域：
本发明属于材料复合成型工艺技术领域，尤其涉及是一种利用散射体制备三组元声子晶体的方法。
背景技术：
近年来，经典波在周期性复合介质中传播的研究极其活跃，并把具有弹性波带隙 的人工结构的功能材料称为声子晶体，其中由三种组元材料构成的声子晶体称为三组元声 子晶体。声子晶体有着同光子晶体相似的基本特性声子晶体具有能带，能带间存在声波 带隙，当声波频率落在声波带隙频率范围内时，声波被禁止传播。在声子晶体内部，材料组 分的弹性常数、质量、密度等参数周期性变化。随着材料组分搭配的不同或周期结构形式的 不同，声子晶体的声波带隙特性也就不同。声子晶体具有广阔的发展空间和直接的军事应 用背景，如用于隔声降噪、隔振减振、超声换能器、振荡器等，可大幅度地提高探测器材的灵 敏度，降低潜艇等武器装备及重要目标的特性信号。三组元声子晶体由于具有特殊的局域 共振机理，而使其带隙具有低频、宽带的特性，对于实际应用有着重要的价值。三组元声子晶体一般由振子、包覆体和基体构成，其中包覆体和振子构成两组元 声子晶体，两组元声子晶体所构成的散射体是组成三组元声子晶体的基本条件，将散射体 包裹在基体中可以制备出三组元声子晶体，但是有关三组元声子晶体的制备方法至今未见 报道。基体通常是指密度小、大模量的环氧树脂或聚氨酯。

发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用散射体制备三组元声子晶体的方法，利 用该方法可以方便、快捷地制备出三组元声子晶体，该方法具有方法简单、可操作性强、成 本低、缺陷低和周期低的优点，促进了三组元声子晶体技术的快速发展。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案首先需要说明的是，三组元声子晶体中由两组元声子晶体构成的散射体已作为发 明专利另案申请，本发明所指的散射体是修整过的成型散射体，成型散射体是由包覆体和 振子通过散射体成型模具制备而得，包覆体采用硅橡胶，振子采用金属粒子球。所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，是将散射体有序排列并均勻包裹 在基体中，所述的基体是不同配比的环氧树脂，包裹的过程通过成型模具来实现，具体制备 方法如下I、成型模具成型模具由上成型板、下成型板a和下成型板b组成；上成型板呈方形结构，外形 基本尺寸CXKXh(长X宽X厚)，在上成型板设置有浇铸孔；下成型板a呈方形结构， 外形基本尺寸CXKXH，在下成型板a的H/2部设置有半球孔形平台，在半球孔形平台端 面有序排列有半球孔形，每个半球孔形的孔径为<2 Dh，相邻两半球孔形的边缘间距为Hh，半球孔形平台的有效尺寸为(C-30) X (K-30)，半球孔形平台距下成型板a上端面的深度为H/2 ；下成型板b呈凹体方形结构，外形基本尺寸CXKX (H+10)，凹体内腔的有效尺寸为 (C-30) X (K-30)，凹体内腔平面距下成型板b上端面的深度为H ；将上成型板的浇铸面、下 成型板a半球孔形平台的四周面和下成型板b凹体的四周面用90#汽油擦洗干净后再用丙 酮清洗，并在30 100°C范围内干燥备用；II、不同配比的环氧树脂配料按质量比取10份的环氧树脂2206A和3份的环氧树脂2206B并充分搅拌均勻形 成环氧树脂混合物，然后将环氧树脂混合物置于抽真空设备中进行抽真空处理以除去环氧 树脂混合物中混入的气泡并备用；III、制备步骤i、选用与<2 0^直径相同的散射体并用丙酮擦洗散射体的表面，待干燥后将其排 布到下成型板a的每个半球孔形腔内，然后将上成型板盖在下成型板a的上端面并用螺栓 将其紧固在一起；ii、将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔浇铸到排布有散射体的下成型板 a内，再将其置于30 100°C范围内的烘箱中进行固化成型24h，待其内的环氧树脂完全包 裹固化散射体后再拧开螺栓去除上成型板，将环氧树脂包裹固化的散射体从下成型板a中 取出，然后将环氧树脂包裹固化的散射体翻转180°放入下成型板b的凹体内，使环氧树脂 包裹固化的散射体一面与下成型板b的凹体面接触，或是未被环氧树脂包裹的散射体另一 面朝上，然后将上成型板盖在下成型板b的上端面并用螺栓将其紧固在一起以进行散射体 另一面的固化成型；iii、将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔浇铸到散射体另一面，再将其置 于30 100°C范围内的烘箱中进行固化成型24h，待其内的环氧树脂完全包裹同化散射体 另一面后再拧开螺栓去除上成型板，将完全包裹固化的散射体从下成型板b中取出制得三 组元声子晶体。所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其上成型板的浇铸孔位置或成排 设置，或成列设置，或成排成列设置，浇铸孔的设置数量不论按排、按列或按排按列至少是 一个或一个以上。所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其下成型板a上的半球孔形或成 排设置，或成列设置，或成排成列设置，半球孔形的设置数量不论按排、按列或按排按列至 少是一个或一个以上。所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其下成型板a上相邻两个半球孔 形的边缘间距Hh可以是等距的，或是不等距的。所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其上成型板、下成型板a和下成 型板b由聚四氟乙烯制成。由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性1、本发明实际上是一种两次制备方法，所制备的三组元声子晶体具有性能稳定， 界面均勻，可设计性强等的优点。2、本发明解决了三组元声子晶体制备这一技术难题，为实验室研究三组元声子晶 体性能和开展声子晶体应用研究提供了技术支持，促进了三组元声子晶体技术的快速发展。


图1是本发明的上成型板结构示意图；图2是本发明的下成型板a结构示意图；图3是本发明的下成型板b结构示意图；上述图中1_上成型板；2-浇铸孔；3-下成型板a ；4-半球孔形；5_下成型板b。
具体实施例方式本发明的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，是将散射体有序排列并均勻 包裹在在基体中，所述的基体是不同配比的环氧树脂，不同配比的环氧树脂是指2206A和 2206B,当环氧树脂2206A和环氧树脂2206B作为浇铸料时具有操作时间比较适宜、粘度较 低、流动性较好的特点，当环氧树脂2206A和环氧树脂2206B作为固化料具有低密度、大模 量的特点。包裹的过程通过成型模具来实现，成型模具的结构如下结合图1-3，基体成型模具由上成型板1、下成型板a3和下成型板b5组成。上成 型板呈方形结构，外形基本尺寸CXKXh(长X宽X厚)，在上成型板设置有浇铸孔2。下 成型板a呈方形结构，外形基本尺寸C X K X H，在下成型板a的H/2部设置有半球孔形平台， 在半球孔形平台端面有序排列有半球孔形4，每个半球孔形的孔径为<2 D H，相邻两半球孔 形的边缘间距为Hh，半球孔形平台的有效尺寸为(C-30) X (K-30)，半球孔形平台距下成型 板a上端面的深度为H/2。下成型板b呈凹体方形结构，外形基本尺寸CXKX (H+10)，凹体 内腔的有效尺寸为(C-30)X(K-30)，凹体内腔平面距下成型板b上端面的深度为H。将上 成型板的浇铸面、下成型板a半球孔形平台的四周面和下成型板b凹体的四周面用90#汽 油擦洗干净后再用丙酮清洗，并在30 100°C范围内干燥备用，干燥温度最佳80°C。所述上成型板、下成型板a和下成型板b由聚四氟乙烯制成。所述上成型板、下成型板a和下成型板b具有如下特点1)下成型板a上的半球孔形的设置数量没有严格规定，主要根据试验的要求确 定，至少是一个，大到无数个，并不局限于图2所示的一排五个半球凹圆，也就是说下成型 板a上的半球孔形或成排设置，或成列设置，或成排成列设置，半球孔形的设置数量不论按 排、按列或按排按列至少是一个或一个以上。2)上成型板的浇铸孔位置和数量没有严格规定，主要根据试验的要求确定，并不局限于图1所示的中间位置和一个浇铸孔，也就是说上成型板的浇铸孔位置或成排设置， 或成列设置，或成排成列设置，浇铸孔的设置数量不论按排、按列或按排按列至少是一个或 一个以上。所以上成型板的浇铸孔位置和数目应根据下成型板a上的半球孔形的设置数量 匹配，以保证浇铸方便、顺利为准。3)图2所示的相邻两个半球孔形的边缘间距Hh是等距的，在具体的设计中^可以是等距的，或是不等距的。按质量比取10份的环氧树脂2206A和3份的环氧树脂2206B并充分搅拌均勻形成环氧树脂混合物，然后将环氧树脂混合物置于抽真空设备中进行抽真空处理以除去环氧树脂混合物中混入的气泡并备用。图1是上成型板结构示意图，图2是具有5X5(五排五列)个半球孔形的下 成型板a结构示意图，图3是下成型板b结构示意图。上成型板呈方形结构，外形基本 尺寸130X 130X 15mm，浇铸孔直径为①15mm。下成型板a呈方形结构，外形基本尺寸 130 X 130 X 20mm，在下成型板a的10mm位置处(20/2)设置有半球孔形平台，在半球孔形平 台端面有序排列有半球孔形，每个半球孔形的孔径为<2 Dh= 15mm，相邻两半球孔形的边缘 间距为Hh= 5mm，半球孔形平台的有效尺寸为lOOXlOOmm，半球孔形平台距下成型板a上 端面的深度为10mm (20/2)。下成型板b呈凹体方形结构，外形基本尺寸130 X 130 X (20+10) 讓，凹体内腔的有效尺寸为100X 100mm，凹体内腔平面距下成型板b上端面的深度为20mm。 凹体内腔平面的厚度为10mm。制备的具体步骤如下i、选用与<2 0^直径相同的散射体并用丙酮擦洗散射体的表面，待干燥后将其排 布到下成型板a的每个半球孔形腔内，然后将上成型板盖在下成型板a的上端面并用螺栓 将其紧固在一起；ii、将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔浇铸到排布有散射体的下成型板 a内，再将其置于30 100°C (最佳60°C)范围内的烘箱中进行固化成型24h，待其内的环 氧树脂完全包裹固化散射体后再拧开螺栓去除上成型板，将环氧树脂包裹固化的散射体从 下成型板a中取出，然后将环氧树脂包裹固化的散射体翻转180°放入下成型板b的凹体 内，使环氧树脂包裹固化的散射体一面与下成型板b的凹体面接触，或是未被环氧树脂包 裹的散射体另一面朝上，然后将上成型板盖在下成型板b的上端面并用螺栓将其紧固在一 起以进行散射体另一面的固化成型；iii、将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔浇铸到散射体另一面，再将其置 于30 100°C (最佳60°C)范围内的烘箱中进行固化成型24h，待其内的环氧树脂完全包 裹固化散射体另一面后再拧开螺栓去除上成型板，将完全包裹固化的散射体从下成型板b 中取出制得用于三组元声子晶体。散射体是构成三组元声子晶体的必备条件，散射体已形成不同直径的系列化产 品，当下成型板a的半球孔形孔径<2 DH确定后其选用的散射体直径也就确定。改变下成型 板a半球孔形的孔径<2 DH可以制备出不同直径的三组元声子晶体。换句话说由于散射体 的直径系列化也可以配套制备出直径系列化的三组元声子晶体。
权利要求
一种利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其特征在于将散射体有序排列并均匀包裹在基体中，所述的基体是不同配比的环氧树脂，包裹的过程通过成型模具来实现，具体制备方法如下I、成型模具成型模具由上成型板(1)、下成型板a(3)和下成型板b(5)组成；上成型板呈方形结构，外形基本尺寸C×K×h(长×宽×厚)，在上成型板设置有浇铸孔(2)；下成型板a呈方形结构，外形基本尺寸C×K×H，在下成型板a的H/2部设置有半球孔形平台，在半球孔形平台端面有序排列有半球孔形(4)，每个半球孔形的孔径为￠D凹，相邻两半球孔形的边缘间距为H凹，半球孔形平台的有效尺寸为(C-30)×(K-30)，半球孔形平台距下成型板a上端面的深度为H/2；下成型板b呈凹体方形结构，外形基本尺寸C×K×(H+10)，凹体内腔的有效尺寸为(C-30)×(K-30)，凹体内腔平面距下成型板b上端面的深度为H；将上成型板的浇铸面、下成型板a半球孔形平台的四周面和下成型板b凹体的四周面用90#汽油擦洗干净后再用丙酮清洗，并在30～100℃范围内干燥备用；II、不同配比的环氧树脂配料按质量比取10份的环氧树脂2206A和3份的环氧树脂2206B并充分搅拌均匀形成环氧树脂混合物，然后将环氧树脂混合物置于抽真空设备中进行抽真空处理以除去环氧树脂混合物中混入的气泡并备用；III、制备步骤i、选用与￠D凹直径相同的散射体并用丙酮擦洗散射体的表面，待干燥后将其排布到下成型板a的每个半球孔形腔内，然后将上成型板盖在下成型板a的上端面并用螺栓将其紧固在一起；ii、将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔浇铸到排布有散射体的下成型板a内，再将其置于30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，待其内的环氧树脂完全包裹固化散射体后再拧开螺栓去除上成型板，将环氧树脂包裹固化的散射体从下成型板a中取出，然后将环氧树脂包裹固化的散射体翻转180°放入下成型板b的凹体内，使环氧树脂包裹固化的散射体一面与下成型板b的凹体面接触，或是未被环氧树脂包裹的散射体另一面朝上，然后将上成型板盖在下成型板b的上端面并用螺栓将其紧固在一起以进行散射体另一面的固化成型；iii、将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔浇铸到散射体另一面，再将其置于30～100℃范围内的烘箱中进行固化成型24h，待其内的环氧树脂完全包裹固化散射体另一面后再拧开螺栓去除上成型板，将完全包裹固化的散射体从下成型板b中取出制得三组元声子晶体。
2.如权利要求1所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其特征在于上成型 板的浇铸孔位置或成排设置，或成列设置，或成排成列设置，浇铸孔的设置数量不论按排、 按列或按排按列至少是一个或一个以上。
3.如权利要求1所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其特征在于下成型 板a上的半球孔形或成排设置，或成列设置，或成排成列设置，半球孔形的设置数量不论按 排、按列或按排按列至少是一个或一个以上。
4.如权利要求1所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其特征在于下成型板a上相邻两个半球孔形的边缘间距Hh可以是等距的，或是不等距的。
5.如权利要求1所述的利用散射体制备三组元声子晶体的方法，其特征在于上成型 板、下成型板a和下成型板b由聚四氟乙烯制成。
全文摘要
一种利用散射体制备三组元声子晶体的方法，将散射体有序排列并均匀包裹在基体中，基体是不同配比的环氧树脂，包裹的过程通过成型榀 具来实现，成型模具由上成型板(1)、下成型板a(3)和下成型板b(5)组成。将散射体用丙酮擦洗并排布到下成型板a的半球孔形(4)，将上成型板盖在下成型板a的上端，将排除气泡的环氧树脂从上成型板的浇铸孔(2)浇铸到下成型板a内，置于30～100℃烘箱中固化成型24h，将环氧树脂包裹固化的散射体翻转180°放入下成型板b的凹体内，再将环氧树脂浇铸到散射体另一面并在30～100℃烘箱中固化成型24h制得三组元声子晶体，具有性能稳定，界面均匀，可设计性强等的优点。
文档编号G10K11/16GK101800047SQ20091022779
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者孙英富, 王绪文, 赵树磊 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所