“人工光/声微结构材料”专题前言

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作者 徐卓 卢明辉 张磊 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第7期F0002-F0002,I0001,共2页

功能材料的核心是材料的结构-性能关系,它涉及人们对材料的力、热、声、光、电、磁等物理性质及其相互耦合效应的基本理解,材料性能的多尺度(微观-介观-宏观)结构设计和调控机制,材料结构的热力学和动力学演化及其对材料性能的影响等。... 功能材料的核心是材料的结构-性能关系,它涉及人们对材料的力、热、声、光、电、磁等物理性质及其相互耦合效应的基本理解,材料性能的多尺度(微观-介观-宏观)结构设计和调控机制,材料结构的热力学和动力学演化及其对材料性能的影响等。传统均匀晶体材料的物性往往是由原子和分子的固有属性,以及它们的空间结构和对称性来决定。 展开更多

关键词 固有属性 微结构材料 晶体材料 人工光 材料性能 耦合效应 结构设计 空间结构

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仿生声学超材料的声波控制及水下应用研究进展 被引量：1

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作者 王兆宏 罗怡坤 楚杨阳 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第7期1234-1247,1274,共15页

声学超构材料作为一种新型的人工结构材料,拥有天然材料所不具备的超常物理特性,比如:负质量、负刚度等。声学超材料通过对其声学特性参数的研究和控制可以实现声隐身、波束控制等功能。与传统声学材料相比,声学超材料具有设计性强、拓... 声学超构材料作为一种新型的人工结构材料,拥有天然材料所不具备的超常物理特性,比如:负质量、负刚度等。声学超材料通过对其声学特性参数的研究和控制可以实现声隐身、波束控制等功能。与传统声学材料相比,声学超材料具有设计性强、拓展性强等优点,可以突破传统声学材料的物理极限,为小尺寸、轻量化结构解决低频减震降噪、低频宽带声波控制等瓶颈问题提供新思路。仿生学是利用生物学原理发展起来的新兴学科。将仿生学与声学超材料相结合,国内外学者开展了大量的研究工作,尤其在空气动力学及流体动力学降噪方面取得了卓越的研究成果。本文简要回顾过去几十年仿生声学超材料的研究进展,并介绍了相关的代表性工作,期望未来仿生声学超材料能够在低频声波控制、水下应用等方面发挥更大的作用和优势。 展开更多

关键词 声学超材料 仿生学 气动声学 降噪 低频

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MEMS系统中微平板结构声振耦合性能研究 被引量：5

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作者 唐宇帆 任树伟 +1 位作者 辛锋先 卢天健 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期907-916,共10页

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)是指内部微结构尺寸在微米甚至纳米量级的微电子机械装置,是一个独立的智能系统.长宽厚均处于微米量级的微平板为MEMS中的典型结构,其声学和力学特性直接影响MEMS的性能.针对同时受声... 微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)是指内部微结构尺寸在微米甚至纳米量级的微电子机械装置,是一个独立的智能系统.长宽厚均处于微米量级的微平板为MEMS中的典型结构,其声学和力学特性直接影响MEMS的性能.针对同时受声压激励和气膜力(通过考虑相同尺寸微平板振动引入)作用的四边简支微平板结构,应用Cosserat理论和Hamilton原理,建立了考虑微尺度效应(本征长度和Knudsen数)影响的声振耦合理论模型,并通过多重Fourier展开法求解了耦合方程,得到了系统的传声损失结果.通过频域分析,考虑微平板的不同振动频率、振动幅度和板间距,系统研究了不同尺度效应下微结构中气体薄膜所产生的阻尼力对微平板结构传声特性的影响.研究发现尺度效应对于微结构的声振特性影响巨大,振动行为对微结构的传声特性也有很大影响,控制并减小微平板的振动幅度以及增大微平板的间距都能够提高微平板的声振性能.研究结果为MEMS中微平板的稳定性优化设计提供了理论参考. 展开更多

关键词 MEMS 微平板 气膜力 传声损失

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关于声学超构材料名词术语的探讨 被引量：6

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作者 黄唯纯 颜士玲 +12 位作者 李鑫 卢明辉 李勇 王兆宏 张燕妮 吴生提 郭宇春 范强 钱斯文 张和伟 孙亚轩 卢成绪 陈延峰 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-6,20,21,共8页

近30年来,声学超构材料领域的理论与技术不断成熟与完善。以增材制造技术、飞秒激光加工等为代表的各种先进制造技术的发展,为复杂的声学超构材料的数字化设计制造奠定了基础,极大地推动了这类材料的实用化进程。这些发展吸引了学术界... 近30年来,声学超构材料领域的理论与技术不断成熟与完善。以增材制造技术、飞秒激光加工等为代表的各种先进制造技术的发展,为复杂的声学超构材料的数字化设计制造奠定了基础,极大地推动了这类材料的实用化进程。这些发展吸引了学术界和产业界对声学超构材料的极大关注,因此,研讨声学超构材料领域的一些基本术语和概念,以方便学术界、研究机构和企业界之间的交流、沟通和讨论是十分必要的。从基础研究的科学概念出发,探讨了声学超构材料的定义、分类及其标准、研究手段与应用方向等有关声学超构材料的名词与术语,希望能够为建立声学超构材料有关技术标准提供一些有益的建议,供有兴趣的专家参考。 展开更多

关键词 声学超构材料 定义 分类标准 研究手段 方法论 应用方向

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多胞管增强泡沫铝复合结构的压缩和吸能性能研究 被引量：2

5

作者 田陈 黄磊 +4 位作者 刘韡 张志家 李斌潮 张钱城 金峰 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期958-964,共7页

针对泡沫铝强度较低、吸能性能弱的问题,提出了一种有效的增强办法:将金属多胞管填充至泡沫铝中,并用环氧胶固定,制备出新型多胞管增强泡沫铝复合结构(MTRF)。通过实验和商业有限元软件ABAQUS/explicit研究了该类复合结构的压缩和吸能... 针对泡沫铝强度较低、吸能性能弱的问题,提出了一种有效的增强办法:将金属多胞管填充至泡沫铝中,并用环氧胶固定,制备出新型多胞管增强泡沫铝复合结构(MTRF)。通过实验和商业有限元软件ABAQUS/explicit研究了该类复合结构的压缩和吸能性能。实验结果表明:与常规泡沫铝相比,多胞管增强泡沫铝复合结构的抗压强度和单位质量吸能性能分别提升了500%和700%,显示了MTRF结构优越的承载能力和能量吸收性能。同时,实验结果验证了有限元模型的准确性。在此基础上数值研究了MTRF的增强机理,结果表明:泡沫铝为多胞管提供了强的侧向支撑,抑制了其在压缩载荷作用下横向变形,使得变形模式由低阶变形模式向高阶的变形模式转变,即表现为塑性铰数目增多,使得MTRF结构承载和吸能性能显著提高。 展开更多

关键词 泡沫铝 多胞管 抗压强度 吸能性能 增强机理

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高温环境下多壁管增强泡沫铝压溃行为的理论分析与数值模拟研究 被引量：1

6

作者 张旺 仵可 +3 位作者 魏欣 张志家 张钱城 金峰 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1034-1041,共8页

通过理论和数值模拟方法研究了新型高效吸能结构——多壁管增强泡沫铝在高温环境下的压溃特性及能量吸收性能。采用能量法预测了多壁管增强泡沫铝的轴向压缩平均力,在此基础上研究了温度以及泡沫铝与多壁管材料流动应力之比对结构吸能... 通过理论和数值模拟方法研究了新型高效吸能结构——多壁管增强泡沫铝在高温环境下的压溃特性及能量吸收性能。采用能量法预测了多壁管增强泡沫铝的轴向压缩平均力,在此基础上研究了温度以及泡沫铝与多壁管材料流动应力之比对结构吸能效率的影响。结果表明:理论预测值与有限元结果吻合较好,最大误差值为-6.7%;环境温度从室温上升至350℃,温度升高导致材料力学性能下降,多壁管增强泡沫铝平均力下降了1/3;另外,流动应力之比会影响多壁管半折叠波长或塑性铰数目,因此通过控制合适的流动应力之比可以提高结构吸能效率。 展开更多

关键词 多壁管 泡沫铝 高温力学性能 压溃行为 能量吸收效率

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一种基于多模态OAM波束的目标特征智能识别方法 被引量：5

7

作者 周宁宁 朱士涛 +2 位作者 年毅恒 田春明 张安学 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第5期760-772,共13页

高效率目标探测需要借助探测信号的低相关性空间调制,调制数量大且具有时间独立性。携带轨道角动量(OAM)的涡旋波束具有无穷多种模态且不同模态之间相互正交,借助强色散材料可以实现频率域的多模态OAM波束产生。该文首先对OAM的传播特... 高效率目标探测需要借助探测信号的低相关性空间调制,调制数量大且具有时间独立性。携带轨道角动量(OAM)的涡旋波束具有无穷多种模态且不同模态之间相互正交,借助强色散材料可以实现频率域的多模态OAM波束产生。该文首先对OAM的传播特性进行推导,给出了符合探测需求的多模态OAM波束源特征;在此基础上,研究了不同模态的OAM波束在3种不同应用场景下目标反射回波信号特性,采用卷积神经网络对不同反射场景下的数据特征进行提取,实现了对未知场景的判断及场景内的目标识别,并进行了抗噪性能分析。实验结果表明:理想状态下,网络对目标场景判断的准确率可达97:5%;各反射场景中的两个相邻目标的间隔大于某一阈值时,网络对目标位置的识别准确率均高于80%。但目标识别效果有环境依赖性,当SNR<20 dB时,3种场景内的目标识别准确率均大幅降低。 展开更多

关键词 空间调制 轨道角动量(OAM) 多模态涡旋电磁波 卷积神经网络 特征提取 目标识别

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闭孔泡沫铝的多轴唯象受压本构参数 被引量：6

8

作者 张健 赵桂平 卢天健 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期651-663,共13页

基于显微计算机断层扫描影像信息,逆向重建闭孔泡沫铝试件的三维细观有限元模型,定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为.讨论了泡沫金属唯象弹塑性本构参数的确定方法,根据计算结果确定了3个有代表性的泡沫材料本构... 基于显微计算机断层扫描影像信息,逆向重建闭孔泡沫铝试件的三维细观有限元模型,定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为.讨论了泡沫金属唯象弹塑性本构参数的确定方法,根据计算结果确定了3个有代表性的泡沫材料本构模型的本构参数,并验证了这些本构模型在描述多轴压缩应力状态下的精度.研究表明,对于单轴压缩,3个本构模型的屈服面均有很好的精度;对于静水压缩,有限元软件"ABAQUS"的可压缩泡沫本构模型屈服面会发生严重偏离,陈-卢本构模型"屈服面"略微低估静水压缩的屈服应力,而体积强化本构模型的屈服面有很好的精度. 展开更多

关键词 可压缩本构关系 三维细观有限元模型 逆向工程 显微计算机断层扫描 多孔金属材料

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电调超构表面研究进展(特邀) 被引量：1

9

作者 张磊 徐云帆 +3 位作者 杜波波 丁慧敏 魏晓勇 徐卓 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期261-276,共16页

可调谐超构表面为纳米光子器件赋予了更多的自由度与灵活度,在过去十几年中得到了快速发展。在众多调谐机制中,电调超构表面更容易与半导体集成电路结合,是光电器件小型化发展的重要研究方向。本文综述了过去十几年来主要的电调超构表... 可调谐超构表面为纳米光子器件赋予了更多的自由度与灵活度,在过去十几年中得到了快速发展。在众多调谐机制中,电调超构表面更容易与半导体集成电路结合,是光电器件小型化发展的重要研究方向。本文综述了过去十几年来主要的电调超构表面设计路线。根据调谐机制将电调超构表面分为电控载流子激发调控、液晶调控、电光晶体调控以及微机电系统调控四种设计方案。总结了不同方案的物理机制、调谐方法、研究现状以及优缺点。最后,讨论了不同调谐方案的应用前景并展望了电调超构表面未来的发展趋势。 展开更多

关键词 超构表面 电调谐 活性材料 微纳结构 共振

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小Reynolds数下粗糙圆管中黏性流场的理论解 被引量：1

10

作者 徐志敏 宋思远 +2 位作者 辛锋先 杨肖虎 卢天健 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第2期123-136,共14页

在小Reynolds数下,针对粗糙圆管和花瓣圆管中的流场问题,将管内的粗糙表面视为光滑表面受到小扰动的情况,采用修正的摄动方法,对流体参数做微小扰动下的摄动展开.同时将具有复杂形貌的边界条件进行Taylor展开,进而近似得到光滑边界处的... 在小Reynolds数下,针对粗糙圆管和花瓣圆管中的流场问题,将管内的粗糙表面视为光滑表面受到小扰动的情况,采用修正的摄动方法,对流体参数做微小扰动下的摄动展开.同时将具有复杂形貌的边界条件进行Taylor展开,进而近似得到光滑边界处的边界条件.联立求解流体力学方程,在一阶摄动展开的前提下,得到压力梯度的近似解,从而求出管道的静流阻和曲折度.通过数值模拟得到的流体参数和采用修正摄动方法求出的结果吻合良好. 展开更多

关键词 粗糙表面 小扰动 摄动方法 静流阻 曲折度

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弛豫铁电单晶的生长及性能优化研究进展 被引量：3

11

作者 刘杨彬 李谦 +2 位作者 肖若愚 徐卓 李飞 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第9期1643-1658,共16页

钙钛矿型(ABO_(3))弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能,被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题,本文综... 钙钛矿型(ABO_(3))弛豫铁电单晶具有优异的机电耦合性能,被认为是研制下一代医疗超声换能器、高精度压电驱动器、水声换能器等机电耦合器件的核心关键材料。针对弛豫铁电单晶材料制备与物理性能方面尚存在的基础科学与工艺问题,本文综述了近些年弛豫铁电单晶生长与性能优化方面的研究进展,包括若干新的单晶生长方法用以改善弛豫铁电单晶的成分和性能均匀性,提升弛豫铁电单晶压电性能的系列新方法,通过铁电畴结构调控以获得高透光率的弛豫铁电单晶,以及高性能弛豫铁电单晶在电光技术领域的应用等。 展开更多

关键词 弛豫铁电体 单晶生长 布里奇曼法 畴工程 掺杂 性能优化 压电性能

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倾斜耦合的光栅耦合器研究进展 被引量：1

12

作者 张一凡 庄永勇 +7 位作者 杨柳 杜波波 刘鑫 胡庆元 夏钰坤 张磊 魏晓勇 徐卓 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第4期570-587,共18页

近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展,但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单,位置灵活,对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台... 近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展,但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单,位置灵活,对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台和绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台上已开发出大量的光栅耦合器件,并获得较高的耦合效率和大带宽。该文主要介绍光栅耦合器的工作原理和主要性能指标,阐述了均匀光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和切趾光栅耦合的特点及现阶段进展,并对具有代表性的一维光栅性能指标进行了比较。结果表明,分布式布喇格反射镜和金属反射镜可有效地提升光栅耦合效率。此外,该文还介绍了基于LNOI平台的几种光栅耦合器,其可帮助研究者们梳理光栅耦合器的发展历程、研究现状及各耦合器的特点,为未来研究提供一定的参考。 展开更多

关键词 光栅耦合 绝缘体上硅(SOI) 耦合效率 闪耀光栅 切趾光栅

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基于可靠度的耐蚀低合金钢筋腐蚀起始寿命预测 被引量：3

13

作者 刘明 程学群 +1 位作者 李晓刚 卢天健 《腐蚀与防护》 CAS 北大核心 2019年第4期281-286,共6页

通过Monte Carlo概率分析的方法,结合文献查阅,对3种自行研制且含不同铬含量的低合金耐蚀钢筋在海洋环境中的腐蚀起始寿命进行了预测,重点研究了温度对钢筋腐蚀起始寿命的影响规律。结果表明:温度的升高不仅降低了钢筋腐蚀的临界氯离子... 通过Monte Carlo概率分析的方法,结合文献查阅,对3种自行研制且含不同铬含量的低合金耐蚀钢筋在海洋环境中的腐蚀起始寿命进行了预测,重点研究了温度对钢筋腐蚀起始寿命的影响规律。结果表明:温度的升高不仅降低了钢筋腐蚀的临界氯离子含量,也提高了混凝土中氯离子的扩散系数;采用低合金耐蚀钢筋可不同程度地延长混凝土中钢筋腐蚀起始寿命,提高钢筋混凝土结构在海洋环境中的耐久性,但针对极其苛刻的服役环境应采用更为严格的防腐蚀措施。 展开更多

关键词 耐蚀钢筋 寿命预测 温度 钢筋混凝土结构 概率分析

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基于随机调制超表面的差分关联成像方法研究

14

作者 年毅恒 周宁宁 +1 位作者 朱士涛 张安学 《雷达学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第2期296-303,共8页

基于超表面的关联成像系统解决了关联成像系统探测效率低的问题,但其探测模式数量不足导致了其有效成像点数受限。针对这个问题,该文以参考辐射场空间分布1阶统计特征为基础,建立了基于随机调制超表面的关联成像信号模型,分析了成像误差... 基于超表面的关联成像系统解决了关联成像系统探测效率低的问题,但其探测模式数量不足导致了其有效成像点数受限。针对这个问题,该文以参考辐射场空间分布1阶统计特征为基础,建立了基于随机调制超表面的关联成像信号模型,分析了成像误差,并与差分关联成像(DCI)方法相结合,给出了具有鲁棒性的基于超表面的关联成像方法,该方法利用不同模式的差分形成了新的探测模式,降低了相关函数的副瓣干扰,从而提升了成像质量。同时,对一种特殊的差分关联成像方法—梯度关联成像(GCI)方法的成像分辨率进行了分析,该方法通过对超表面单元的特殊设计,可以在不获取图像的情况下,直接在成像过程中提取出目标方位向的边缘信息,可以有效提升关联成像系统对目标边缘的提取能力。最后,通过仿真实验验证了该文理论分析的正确性。 展开更多

关键词 一阶关联 随机调制超表面 差分关联成像 梯度关联成像 边缘信息 成像分辨率

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