【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微机电系统(mems)声子晶体，具体涉及一种基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体。
技术介绍
1、声子晶体是由不同材料按结构周期性组合排列形成的人工复合材料。结构振动的本质是弹性波的传播。当弹性波在声子晶体中传播时，受到其内部周期结构的影响，在特定的频率范围内能够抑制弹性波的传播，此频率范围被称作“带隙频率”。理论上，带隙频率范围内弹性波的传播会被抑制，只有其他频率范围的弹性波可以通过声子晶体继续传播。因此可以将这种特性应用于隔振领域。通过对声子晶体原胞的材料特性、几何结构参数等进行设计，调整能带结构中的带隙频率范围，再将声子晶体原胞周期性阵列，作为外框架排布至mems微机械陀螺仪、加速度计等器件的四周，能够有效达到控制噪声和振动的目的，提高其测试性能和可靠性。
2、一维和二维声子晶体都是基于布拉格反射机理，而三维声子晶体是基于局域共振原理。基于布拉格散射的声子晶体，晶格尺寸与弹性波半波长在同一量级，声子晶体的振动频率f＝nv/2a，其中n为正整数，v为弹性波波速，a为声子晶体晶格尺寸。根据上述关系，要实现khz范围内的带隙，声子晶体晶格尺寸在数m以上量级，这远远超出可实施范畴。而局域共振型声子晶体相比同尺寸下布拉格型声子晶体的带隙频率小两个数量级，能够实现低频带隙。其原理在于局部共振型声子晶体对特定频率范围内的振动具有较强响应，特定频率的弹性波会激发声子晶体局域单元进行共振，传播的能量会被声子晶体吸收，从而达到隔振的效果。
3、局域共振型声子晶体作为一种新型的隔振材料，具有低频段的弹性波带隙特性
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，采用单一材料硅，同一厚度的质量单元和悬臂梁结构，克服了三维局域共振型声子晶体制备材料和工艺的繁琐；本专利技术所提供的硅三维声子晶体作为声子晶体原胞周期性阵列，形成外框架排布至mems微机械陀螺仪、加速度计等器件的四周，吸收外界传来的振动频率，抑制外界振动对微机械(mems)器件造成的精度影响，提升其抗振动性能；本专利技术所提供的硅三维声子晶体结构简单多变，频率带隙范围易于调控，适用性强。
2、本专利技术的实现方案为：
3、一种基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，由周期性阵列的声子晶体原胞组成，所述原胞采用单一材料硅，以质量单元为中心，单点或多点连接悬臂梁结构的方式构成，悬臂梁以同样的间隙螺旋式环绕质量单元。
4、本专利技术与现有技术相比，其显著优势在于：
5、本专利技术提供一种基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，采用单一材料硅、单一厚度、结构多变且简单，设计性强，适用于mems加工工艺与各种mems器件；本专利技术采用以质量单元为中心、单点或多点连接悬臂梁的方式实现三维声子晶体结构，具有较低的固有频率，因此能够实现低频带隙；本专利技术具有通过修改相关尺寸参数调整频率带隙范围的优点，适用于隔离不同频率的振动。
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1.一种基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，由周期性阵列的声子晶体原胞组成，其特征在于，所述原胞采用单一材料硅，以质量单元为中心，单点或多点连接悬臂梁结构的方式构成，悬臂梁以同样的间隙螺旋式环绕质量单元。
2.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，所述悬臂梁包括四个环绕式悬臂梁，所述四个环绕式悬臂梁的一端分别与所述质量单元的四个顶角相连，螺旋式环绕所述质量单元。
3.根据权利要求2所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，所述悬臂梁还包括四个折叠式悬臂梁，所述四个折叠式悬臂梁分别布置在所述质量单元的四个方向；所述四个环绕式悬臂梁的一端分别通过一个折叠式悬臂梁与所述质量单元的四个顶角相连，螺旋式环绕所述质量单元。
4.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，所述悬臂梁包括两个环绕式悬臂梁和四个折叠式悬臂梁，所述两个环绕式悬臂梁的一端分别与所述质量单元的对角相连，螺旋式一层一层地环绕所述质量单元；所述四个折叠式悬臂梁的一端与所述两个环绕式悬臂梁的最外层相连；所述四个折叠式悬臂梁分别布置在上下左右
5.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，通过调整悬臂梁的间隙、围绕层数、质量单元尺寸能够调整带隙频率。
6.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，采用MEMS工艺布置在器件的四周。
...【技术特征摘要】
1.一种基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，由周期性阵列的声子晶体原胞组成，其特征在于，所述原胞采用单一材料硅，以质量单元为中心，单点或多点连接悬臂梁结构的方式构成，悬臂梁以同样的间隙螺旋式环绕质量单元。
2.根据权利要求1所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，所述悬臂梁包括四个环绕式悬臂梁，所述四个环绕式悬臂梁的一端分别与所述质量单元的四个顶角相连，螺旋式环绕所述质量单元。
3.根据权利要求2所述的基于悬臂梁结构的硅三维声子晶体，其特征在于，所述悬臂梁还包括四个折叠式悬臂梁，所述四个折叠式悬臂梁分别布置在所述质量单元的四个方向；所述四个环绕式悬臂梁的一端分别通过一个折叠式悬臂梁与所述质量单元...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜波，李思怡，黄深湖，周同，张晶，苏岩，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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