1. 研究目的与意义（文献综述）

超材料（metamaterials）是一类具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料，通常是由亚波长单胞组成的周期性结构，在体材料性质上表现为连续介质，通过设计可以表现出负折射率、负磁导率、负介电常数、逆多普勒效应等超常物理特性。超材料最初被称为左手材料（lhm）或负折射材料（nim），2000年美国smith等人通过实验验证了苏联科学家veselago在1968年最先提出的负折射理论后，单负折射率材料、近零折射率材料、超磁性材料等具有反常电磁特性的材料陆续被发现和应用。

类比电磁超材料，声学超材料也由于其丰富的物理内涵与重大的应用前景而受到科研人员的广泛关注。声学超材料通过将传统声学材料以一定的几何形状、空间阵列进行组合而得到，可以实现对声波发射、传播、吸收等特性的调控。这些特性通常是源于特殊的周期性结构在声波作用下的整体表现，而非通过单一改变材料的组成来实现。声学超材料极大的拓展了人们对声学材料的理解，声学超材料的亚波长特性，将有利于元器件的尺寸缩小并能提高其集成度，克服了现有材料的一些不足，为实际应用提供了很大的便利。

然而，大多数声学超材料器件在设计制造完成后其结构与声学特性就已经固定了，通常只能工作在特定的频段，这就限制了已经制成的超材料的应用范围。我们希望在不破坏结构的条件下来改变声学超材料器件的声学特性。为了不破坏声学超材料的结构，我们想要引入一种其性质会随着外界条件的改变而发生变化的材料。压电材料的晶胞不具有对称中心，在机械力作用下会发生电极化，电极化的改变导致介质与极化方向垂直的两端面出现等量异号的束缚电荷变化。这个过程是可逆的，在压电材料两端面上加施加电压，其晶胞结构也会因被施加了电压而发生相应的变化。因此我们将压电材料引入到声学超材料中，用压电材料制作声学超材料中层状结构的组分。该组分在外加电场的主动作用下其对应的声学参数会发生相应的变化，从而影响整个声学超材料器件的声学性质，改变弹性波禁带特性，以此来实现对声学超材料器件性能的动态调控。

2. 研究的基本内容与方案

2.1. 研究内容

1、压电材料选型设计：通过文献调研，了解各压电材料的特性从而选择合适的压电材料，以及合适的超材料层状结构，进而设计含有压电材料组分的声学超材料器件；

2、声学超材料设计仿真：选取满足要求的声学超材料及压电材料的数据库，导入到计算机中，设置压电材料上施加的电压参数，通过计算机仿真，对设计的材料进行声学测试。根据声学超材料工作频带的改变，探究压电材料组分在不同电压下对声学超材料器件的声学性质的影响规律，指导超材料设计。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，翻译英文文献，明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告；

第4-8周：研究并总结压电材料的声学参数随电压的变化特性；

第9-13周：利用有限元方法计算基于压电材料的声学超材料器件的调控特性，并通过计算验证；

4. 参考文献（12篇以上）

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[2] popa b, shinde d,konneker a, et al. active acoustic metamaterials reconfigurable in realtime[j]. physic review b, 2015, 91:220303(r).

[3] xu y. spatialbandwidth enlargement and field enhancement of shear horizontal waves in finitegraded piezoelectric layered media[j]. physics letters a, 2015, 379(30-31):1752-1756.