介电高弹聚合物声子晶体中波的传播及带隙调制

It is difficult to adjust the band-gaps of traditional phononic crystals made from hard materials after its preparation. However, the appearance of dielectric elastomer (DE), which has the desirable attributes such as large voltage-induced strains, fast response, high energy density, offers an almost unexplored potential application in phononic crystals with tunable band-gaps. Therefore, it is very crucial for us to investigate the wave propagation in DE materials . This project aims at studying the behaviour of waves in DE phononic crystals based on the nonlinear electroelastic continum theory considering the finite biasing fields. Then accurate analytical models for the wave problems in DE phononic crystals will be established, and the effective computational method will be developed. After that, the influences of the static biasing field, interface condition, and size effect on the band-gaps and defect states will be investigated comprehensively. The achievements of this project will enrich the theroy of soft dielectric materials, and provide the direct theoretical guidelines for developing tunable DE phononic crystals and soft devices as well.

介电高弹聚合物（简称DE）具有电致变形大、响应速度快、能量密度高等优点，与用于传统声子晶体制备的硬材料相比，这种介电软材料可通过外置偏场对其变形及材料属性进行动态调节，因此它的出现为实现声子晶体带隙结构的原位实时调制开辟了一条新的途径。而研究介电高弹聚合物材料及结构中波的传播规律是实现此类材料在可调声子晶体中应用的关键，但是介电高弹聚合物所具有的多场耦合非线性特性会使得波动问题的求解变得非常复杂。本项目将从非线性软介电材料的偏场理论出发，建立介电高弹聚合物声子晶体中波动问题的高精度理论分析模型，结合有效的计算方法，深入研究介电高弹聚合物声子晶体中波的传播特征。在此基础上探讨静态偏场、界面条件、尺寸效应等因素对于介电高弹聚合物声子晶体带隙结构及缺陷态调制的影响，在丰富软介电材料研究理论与方法的同时，也为介电高弹聚合物在原位可调声子晶体以及其它软器件方面的开发应用提供一定的理论支撑。

介电高弹聚合物具有电致变形大、响应速度快、能量密度高等优点，与用于传统声子晶体制备的硬材料相比，这种介电软材料可通过外置偏场对其变形及材料属性进行动态调节，因此它的出现为实现声子晶体带隙结构的原位实时调制开辟了一条新的途径。而研究介电高弹聚合物材料及结构中波的传播规律是实现此类材料在可调声子晶体中应用的关键，但是介电高弹聚合物所具有的多场耦合非线性特性会使得波动问题的求解变得非常复杂。本项目从非线性软介电材料的偏场理论出发，建立介电高弹聚合物声子晶体中波动问题的高精度理论分析模型，结合有效的计算方法，深入研究介电高弹聚合物声子晶体中波的传播特征。研究结果表明，静态偏场、界面条件等因素对于介电高弹聚合物声子晶体带隙结构及传输特性具有非常显著的影响，可以实现结构动力特性的主动调控，丰富了软介电材料研究理论与方法，为软器件设计与开发提供了一定的理论基础。