基于共轭聚合物的近红外光传感器

近红外光(NIR)传感器在军事警戒、空间勘探、科研检测、医疗诊断等领域有着极为重要的应用价值。传统的NIR传感材料主要是基于半金属的无机材料,借助窄带隙来吸收低能量的NIR而改变材料自身的电导率,继而实现检测。无机传感材料由于加工繁琐、不具备柔性、成本高昂以及难降解等因素致其进一步发展受到限制。新兴的共轭聚合物材料通过光热转换或者能级可调的光电效应实现对NIR的高灵敏传感,同时能够实现快速响应。该类聚合物材料具有π电子离域的共轭结构,同样具有较窄的带隙,在NIR照射下能够通过自身电导率的改变或光热转换作用将热量传递至其他超热敏材料来实现对光的检测。借助柔性、环境友好、制备简单、便于掺杂、灵敏度高等优势,共轭聚合物材料为新一代NIR传感器的应用与普及开辟了新的前景。     

基于薄膜编码超表面的宽频超薄声散射体

该文提出了一种基于薄膜编码超表面的宽频超薄声散射体。利用附加质量块的薄膜和空气腔组成的薄膜结构构建了反射声波相位差接近180°的两种共振单元。将两种共振单元按照一定的顺序进行排列,可以组成深亚波长尺寸下的声学超表面。所构建的声学超表面可以产生宽频有效的散射声场。通过有限元仿真软件对多个频率的近场散射声场分布、远场声指向性和扩散系数进行了仿真计算,仿真结果显示,该散射体可以高效地散射入射声波,并且散射效果在一定的频率范围内是宽频有效的。     

共形Mikaelian声透镜设计*

该文研究了利用共形变换设计声学器件的一般方法,在此基础上根据普通Mikaelian透镜的折射率分布规律,利用指数映射设计出了弧形的Mikaelian透镜,分析并讨论了弧形透镜的密度、模量和折射率分布规律。对160 k Hz的声波进行了仿真实验,仿真结果表明,在弧形透镜的理论预测焦点处出现能量汇聚的现象,即实现了弧形聚焦的效果。同时,声波在经过该透镜后传播方向产生了一定角度的偏转。该工作为实现弧形声学器件提供了理论方法,在水下声探测及水下声通讯等方面有着潜在的应用。     

基于变换声学的角反射器的设计*

基于超材料的新型声学器件是近年来的研究热点,变换声学为这些新型声学器件的实现带来了可能。该文提出了一种基于变换声学的声反射器模型的设计方法。通过简单的线性映射,该声反射器具有均匀而各向异性的参数。利用Biot流体等效介质理论,通过周期分层结构可以对该反射器进行实现。仿真结果显示,在一定角度范围内,该反射器可以将声波按照入射方向进行反射,同时也验证了该结构的宽频有效性。     

基于二维声子晶体多通道线缺陷结构的定向声激发

提出一种基于声子晶体线缺陷波导的多通道结构来实现声波定向激发.一束入射声波在该结构中传播时被分割成多束分支,这些分支声束到达输出端时具有相等的相位,进而在输出端产生具有高度准直形态的辐射场分布.该辐射场分布的半高宽具有反比于结构中通道数的特点.数值模拟结果与实验结果同时验证了这种结构的声定向效应.相对于大多数已有的声波定向方案,这种结构具有简单从而易于制备的优点.     

一种减小尺寸的声彩虹捕获效应结构*

该文提出了一种减小尺寸的彩虹捕获效应结构,在铁板上刻上深度相同的空气凹槽阵列并加入周期性缝板单元,通过调节缝宽得到不同的等效折射率。该文对1000 Hz～2000 Hz的声波进行仿真实验,仿真结果表明不同频率的声波被局域在不同的位置,即实现了彩虹捕获效应。由于局域处声波群速度很小,局域处声场能量得到很大的提升。相对于传统的深度渐变的空气凹槽结构,我们的结构尺寸更小,可调性更强,更容易实现对低频声波的捕获效应。该结构具有能量加强和声波空间分离的效应,相信在声吸收、声波识别等领域有着潜在的应用前景。     

基于遗传算法的五模材料分层优化*

由于超材料的微结构尺度不能忽略,利用超材料微结构所集成的器件等效参数不是连续分布的,而是呈离散分布的。因此在利用超材料设计声学器件的过程中,需要对器件进行分层离散化,而分层方案的选取往往会影响器件的工作效果。该文基于五模材料水下隐身衣的设计理论,提出了一种基于遗传算法的五模材料隐身衣分层优化策略,并分别对优化前和优化后的分层隐身衣做了声学仿真。仿真结果表明采用优化策略后,隐身衣背景声场的散射能量和反射能量均有大幅度降低,并且对窄带探测信号和宽带探测信号均有较好的隐身效果,因此该分层优化策略能够显著提升隐身衣的隐身效果。该文所提出的分层优化策略为提升五模材料隐身衣性能提供了理论支持,并可以进一步推广至其他超材料器件的微结构设计中。     

基于深度学习的低频宽带隔声器件设计*

在实际应用中，通常需要将多个声人工结构单元进行组合来实现低频宽带的隔声降噪。这种组合结构往往参数较多，传统的设计方法很难对其进行高效的自动化设计。本文在集总参数模型的基础上，提出了一种基于深度学习的低频宽带隔声器件设计方法，并基于该方法完成了由9个二阶亥姆霍兹共鸣器单元组合而成的低频宽带隔声装置的设计。仿真结果表明，该隔声装置在158 Hz~522 Hz范围内均具有良好的隔声效果，从而验证了所提出方法的有效性。与传统方法相比，本文所提出的设计方法不仅减少了对设计者专业知识和设计经验的依赖，而且具有更高的设计效率，更强的通用性，未来有望进一步推广至其他声人工结构的设计领域。