一种可调控传输的声拓扑绝缘体

本发明属于声学超材料领域，涉及声传播调控和降噪隔声技术。

背景技术：

1、现代城市的快速发展，工业生产迅速开展，振动和噪声不仅影响着人们日常的工作和生活，还影响这工业设备的运行。因此将振动和噪声作为一项指标是必不可少的。声学拓扑绝缘体的研究为实现可操控声传播做出了贡献。因其特殊的单向传输特性，已得到广泛的研究。如公开日为2018.10.02，公开号为cn108615521a的中国发明专利：一种声拓扑绝缘体所示，在该声子晶体中，通过旋转散射体就可以实现能带反转，并得到实验验证。声学谷状态与赝自旋状态的引入，为操控声传播提供新的自由度。要实现拓扑传输，要构造具有特殊对称性的声子晶体来形成狄拉克锥。目前可通过简单的改变散射体角度或半径实现拓扑相变，实现能带反转。从而在特定的路径两端设置两种相反边缘态的散射体，实现对声波的路径控制。同样的，如公开号为cn114284009a的中国发明专利：一种基于五模超构材料的声拓扑绝缘体所示，通过调整散射体的连接区域的参数可实现声拓扑传输。这些研究推动了拓扑绝缘体的实际应用。

2、这些研究得到的声拓扑边缘态频率范围有限，狄拉克锥的频率固定，这决定了拓扑绝缘体的声拓扑传输范围。基于现有的不足，本发明提出一种声可调控的声拓扑绝缘体，在一定频率范围内，实现具有拓扑性质的频段的位置，实现宽频带下有效的声传输。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可调控传输的声拓扑绝缘体，实现对声波的单向传输以及调控。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种声可调控传输的声拓扑绝缘体，包括正六边形晶格，所述正六边形晶格中有一个可旋转的散射体；

4、所述散射体呈风车状，分布在所述的正六边形晶格中心；

5、所述的正六边形晶格的晶格常数a0＝40mm，散射体风车状的内圆的半径r＝6mm，棒的长度为d＝18mm，棒末端的宽度b＝1mm，散射体的旋转角度为α。

6、进一步地，所述的散射体由塑料制成，所述的塑料的声学参数如下：密度ρ1＝1400kg/m3，声速c1＝2388m/s。

7、进一步地，所述的正六边形基底为空气，声学参数如下：密度ρ0＝1.21kg/m3，c0＝343m/s。

8、进一步地，所述的散射体的旋转角度、内圆半径、棒长可以改变。

9、进一步地，所述的散射体可以等比例放大或缩小，散射体越小，狄拉克锥点频率越低，散射体越大，狄拉克锥点的频率越高。

10、进一步的，旋转散射体角度使能带反转，从平庸状态变为非平庸状态，

11、进一步的，声传播路径两边为散射体不同旋转角度的正六边形晶格阵列组成，旋转角度α为狄拉克锥点两边的α值。

12、进一步的，控制α值的大小以及棒长d可以控制带隙打开的宽度，可以按需求定制不同的尺寸。

13、更进一步的，声拓扑绝缘体声传播具有单向性和鲁棒性，不易受缺陷(空洞、混乱、弯曲)的影响。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

15、本发明提出的声拓扑绝缘体，具有丰富的可调参数(d、r、factor、α)。通过构建不同散射体角度的晶胞阵列结构，得到具有不同拓扑边界态的结构，在其边界处可以实现对声波的多种调控。通过旋转散射体的角度，实现能带从平凡态到非平凡态的转变，实现能带反转。而带隙的位置及宽度可以调整d、r、factor参数来实现，从而做到调控声波。本发明声拓扑绝缘体的晶胞简并能带从打开到闭合再到打开，完成了拓扑相变，实现了类量子自旋霍尔效应，为实现自适应型声波调控器提供了新思路。

16、本发明提出的声拓扑绝缘体可以使得声波沿着拓扑边界传播，几乎没有后向散射，且具有良好的鲁棒性，不易受缺陷影响。且本发明结构具有宽频带可调控的优点，加工制备简单，制作成本低，应用范围广，有利于制作声波调控器。

技术特征：

1.一种可调控的传输的声拓扑绝缘体，其特征在于，由若干个正六边形声子晶体单胞结构组成，六边形中心设有一个可旋转的散射体。

2.根据权利要求1所述的声子晶体单胞结构，其特征在于，所述正六边形的晶格的晶格常数a＝40mm。

3.根据权利要求1所述的可旋转的散射体，其特征在于，所述的所述的散射体呈风车状，内圆半径r为3-6mm，棒长d为10-18mm，散射体旋转角度为α。

4.根据权利要求3所述的散射体，其特征在于，可以根据需要的频率调整大小。

5.根据权利要求3所述的散射体，其特征在于，所述散射体的材料由塑料制成，所述的声学参数如下：密度ρ1＝1400kg/m3，声速c1＝2388m/s。

6.根据权利要求1所述的声子晶体单胞结构，其特征在于，正六边形晶格的基底为空气，声学参数为：密度ρ0＝1.21kg/m3，c0＝343m/s。

7.根据权利要求3所述的散射体，其特征在于，旋转散射体角度使能带反转，从平庸状态变为非平庸状态。

8.根据权利要求1所述的声拓扑绝缘体，其特征在于，声传播路径两边为散射体不同旋转角度的正六边形晶格阵列组成。

9.根据权利要求1所述的声拓扑绝缘体，其特征在于，声传播具有单向性和鲁棒性，不易受缺陷的影响。

技术总结本发明针对现有声学拓扑绝缘体的局限性，提出了一种可调控传输的声拓扑绝缘体，通过旋转风车状的散射体的角度来实现能带反转，构造出具有不同边缘态的边界；这种拓扑传输特性具有单向性以及很好的鲁棒性，比如不受弯曲、空洞和乱序之类的缺陷的影响；根据不同的需求，可定制不同的声音频率范围；散射体为普通材料，拓扑带隙非常宽，且结构较简单，有利于实际应用。技术研发人员：梁霄,张智,储嘉明,石亮,叶宇,唐中元受保护的技术使用者：湘潭大学技术研发日：技术公布日：2024/2/1