摘要
声学超材料因其尺寸远远小于调控声波波长，可产生非凡的声波调控性能。但是，声学超材料一经设计制备完成，其结构与材料参数都将固定，无法对其进行实时调控，限制了其应用频段与场景范围。本文针对声学隐身方向性受限以及声学拓扑绝缘体传输频率单一的问题，提出了两种可以动态调控的声学超材料，研究其动态调控机理及声波调控性能，具体研究内容如下： 零折射率声子晶体因其可使声波在没有相位变化的情况下进行传输，是实现声学隐身的有效手段。但是，零折射率声子晶体只对垂直入射的声波具有隐身效果，这极大地阻碍了零折射率声子晶体在声学隐身方面的实际应用。因此，提出基于可编程相控超表面与零折射率声子晶体结合的二维声学可调透射隐身。设计基于可调亥姆霍兹共振腔的可编程相控超表面结构，通过调节腔高可实时动态地调节声波的振幅和相位，将任意入射角度的声波垂直传输到零折射率声子晶体中，并按照原始入射方向出射。可编程相控超表面的腔高从0.1mm逐渐变化到13mm时，可以动态连续地获得0-2π的透射相位，在频率为3017Hz时零折射率声子晶体的透射率接近于1，实验测量了声波入射角为0°、30°、45°、60°时，可编程相控超表面调控后的声压场分布，验证了不同入射角的声波可以不受障碍物影响继续传播，实现了二维声学可调透射隐身。? 声学拓扑绝缘体由声子晶体发展而来，具有拓扑传输特性，彻底改变了声波传输的基本概念。然而，对于传统的声学拓扑绝缘体而言，一旦结构设计制备完成，就只能产生特定的带隙频率，进行单一频率的拓扑传输，限制了声学拓扑绝缘体的应用前景。提出基于聚乙烯-聚-N-异丙基丙烯酰胺（PVA-PNIPAm）水凝胶集成的可调谐声学拓扑绝缘体技术，其中，PVA-PNIPAm具有低临界溶液温度，通过改变温度，PVA-PNIPAm水凝胶会在亲水态和疏水态之间变换，在此过程中声速发生急剧变化，声学拓扑绝缘体的边界态频率会随之发生改变，能带简并点频率可以从80kHz调节到87kHz，变化率达到了8%，实现拓扑边界态频率的实时调控。 综上，本文提出的二维声学可调透射隐身解决了零折射率声子晶体隐身方向性问题，推动零折射率声子晶体在声隐身领域应用的进程；提出的可调声学拓扑绝缘体实现了拓扑边界态频率的实时调控，为智能声学设备提供了平台，对声学隐身和通信功能器件研制具有积极意义。
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