膨脹性超常材料之彈性波操控及其應用

Abstract

對於任何形式的波而言，是無法僅藉由單一均質性的材料所控制，必須具有如梯 度分佈、材料間介面以及曲線排列等某種程度的非均質性存在，才能被加以控制。在 早期聲子晶體的研究與探討主要是集中於能隙的應用與計算，如濾波器、波導或共振 腔的設計。而近年來研究發現在其傳導區擁有異常之頻散現象，發現聲子晶體具有負 折射特性，使得該方面之研究更成為最近學術界的熱門話題。 而具有負蒲松比特性之彈性材料，又稱膨脹材料，而膨脹材料多為孔隙材料所構 成，其組成皆為彈性體的周期性排列，分析對象為彈性波，學者將其視為聲子晶體的 一種，透過有限元素分析與布洛赫定理分析此類型週期結構的波傳行為。本文以膨脹 材料結合聲子晶體為主軸，使用有限元素軟體分析負蒲松比對於能帶結構以及波傳行 為的影響，選用背景基材為膨脹材料，散射體為鋼材所構成的二維聲子晶體，並在兩 種幾何形式的散射體下，計算聲子晶體之能帶結構圖與等頻圖來分析。而膨脹材料對 於能隙頻率影響非常關鍵，可以藉由調變蒲松比來改變其能隙頻率。最後，針對由矩 形柱週期排列而成的聲子晶體上，所對應到的自我準直現象。並且設計特殊佈局及超 常介面操控彈性波。最後討論二維以及三維局部共振型聲子晶體之低頻率能隙的特性， 藉由局部共振型聲子晶體本身特性，用較小的尺寸獲得更低的能隙，並且使用負蒲松 比材料替換包覆軟材可以大幅降低其鋼性，達到更低的能隙。

Date of Award	2017 Aug 15
Original language	Chinese
Supervisor	Lien-Wen Chen (Supervisor)