基于人工结构固体板的颗粒声操控研究

来源 :吉首大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rainbow_qu2009
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近年来声操控的研究已经引起了人们广泛的关注。声操控由于其生物兼容性好、可调控以及非接触操控使得其在细胞分离与分类、食品的分选、材料合成等方面有着很好的应用前景。声操控与声辐射力有着密切的关系。声辐射力是由处于声场中的粒子通过散射、折射以及吸收等方式与声场发生动量交换的结果。在声操控中,一般会从声源和声的传播两方面来调控声场从而达到调控声辐射力的目的。从声源方面来讲,研究者通过超声探头产生的驻波或高斯声束来操控微粒。研究者发现超声探头成型后其声场形态很难调控。从声波传播方面来看,声子晶体可以调控声波或者弹性波,这为声场优化提供了可能。通过声人工结构来调控声场这为声操控提供了一种新的平台。研究者开始利用声人工结构调控声场,并用于粒子操控。在前人研究基础上,本文致力于利用声人工结构调控声辐射力。本文采用布里渊动量流张量积分的方法计算声辐射力以及利用基于有限元的的软件做数值仿真计算。本论文主要工作如下:  首先,在第二章中,我们利用一维栅结构调控声场,根据不同共振峰其声场的局域的位置不同,理论和实验上实现了空气中粒子大规模的排列和捕获。数值计算结果表明,一维声学栅可以调控声场,根据声学栅共振模式不同,该体系的捕获效果也不同,最后我们实验验证了该体系的捕获效果。  其次,在第三章中,我们研究了一维斜栅修饰的硬板系统的捕获与输运性质。通过数值计算发现,斜栅修饰的声子晶体板比正栅修饰时多一个共振峰。共振时,硬板里面会形成反对称的速度场使得该体系产生负的声辐射力而且不同共振峰其对应的捕获位置不同,通过变换共振频率,粒子可在相邻捕获位置来回运动。该体系理论上可以实现粒子的捕获与输运。  最后,在第四章中,我们利用宽频声辐射力操控体系,通过引入准周期,理论实现粒子在空间中的选择性捕获。数值计算结果表明,引入准周期可以在空间上选择性调控声场,从而实现粒子的空间选择性操控。
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