综述：主动可调声子晶体/超材料的研究进展

来源：两江科技评论

导读

近日，天津大学、浙江大学和北京交通大学研究团队联合在国际著名力学刊物《应用力学评论》(Applied Mechanics Reviews)上发表综述文章，详细介绍了主动可调声子晶体/超材料的研究进展及未来展望。论文作者包括天津大学王艳锋副教授、王毅泽教授和浙江大学伍斌博士(现在爱尔兰国立大学高威从事博后研究)，通讯作者为浙江大学陈伟球教授和天津大学/北京交通大学汪越胜教授。论文工作受到了国家自然科学基金重点项目和重大项目的资助。

综述一览

声子晶体/超材料为弹性波/声波传播的控制，特别是新型声学功能器件的制作，开辟了一条很有希望的道路。人们有望通过改变波动表征参量从而实现对波传播的控制。然而对于制作成型的声子功能材料结构，如何实现对其材料参数或拓扑结构的可灵活调节依然是摆在科技工作者面前的难题。而这正是人们希望达到的目的，即实现对弹性波的实时、灵活、主动的可调控制，设计制作可调声学功能器件或装置。该方面的研究正在成为人们关注的热点。

可调声波/弹性波器件 

文章首先介绍了声子晶体/超材料的独特性质：带隙。阐述了带隙的产生机理以及影响参数，包括材料参数、结构参数、界面连接情况等。这些影响参数是设计可调声子晶体/超材料的基础。之后介绍了波传播的异常特性，包括自准直、负折射、隐身、单向传输、拓扑态等。这些特性的实时可调对声子晶体/超材料的实际应用非常重要。

因此，文中重点介绍了波传播可调控制的机理：机械可重构和多场可重构。机械可重构部分主要关注通过改变几何构型来调节波动特性，相关研究包括：液固混合系统、预应力系统（含软材料系统和颗粒系统）、折纸系统、集总元件系统。多场可重构部分主要强调通过引入外场改变组分的材料特性来调控波动行为。类似的多场耦合材料包括：电力耦合材料(含压电材料和铁电材料)、磁力耦合材料、多场耦合软材料、光力耦合材料、热力耦合材料。

另外，文章还评述了超表面和薄膜超材料的异常波动特性，并介绍了通过机械可重构或多场可重构方式设计的可控超表面。

最后，文章还探讨了可控声子晶体/超材料在未来研究中可能遇到的挑战，包括可控声子晶体/超材料的实验验证和应用拓展、主动可调物理机理的揭示、结合机器学习或人工智能的拓扑优化、可控声子晶体/超材料在地震、生物等领域的潜在应用等。