Cylindriske foniske krystaller fornemmer fysiske, kemiske egenskaber ved transporterede væsker

Foniske krystaller er en innovativ resonansplatform til at fornemme og forstå væskers volumetriske egenskaber, tiltrækker en stigende interesse fra forskere.

I Journal of Applied Physics , forskere fra Frankrig og Tyskland foreslår designet af en rørformet fononisk krystal (TPC) med det formål at fornemme de biokemiske og fysiske egenskaber af en væske, der fylder den hule del af røret.

"Afhængig af størrelsen, enheden kan bruges i lav skala, i mikrofluidiske applikationer, i mellemskala, i medicin til sprøjter, eller i større skala, i civilingeniør til ledning af gas i rørledninger, " sagde forfatter Yan Pennec.

Foniske krystaller er kendt for deres evne til at guide, styring, og manipulere akustiske og elastiske bølger. Denne evne til at kontrollere udbredelsen af ​​elastiske bølger åbnede et bredt anvendelsesområde, afhængigt af den målrettede frekvens.

Forskerne undersøgte en TPC struktureret med et periodisk arrangement af skiver langs røret. De demonstrerede, hvordan det blandede faststof/væske-system kan præsentere absolutte eller polarisationsafhængige båndgab.

Ved at indføre et Fabry-Perot (F-P) hulrum inde i den periodiske struktur, forskerne skabte toppe inde i båndhullerne og dykker inde i pasbåndene i transmissionsspektret.

Disse toppe og dyk har vist sig at være følsomme over for tætheden og lydhastigheden af ​​væsken, der strømmer inde i røret, viser højere følsomhed over for variationerne i massetætheden end lydhastigheden. TPC'en bliver derfor en innovativ platform til registrering af applikationer på grund af den tilstrækkeligt stærke kobling af F-P-tilstandene ved væske/faststof-grænsefladen.

Forskerne vil udføre en eksperimentel demonstration af systemet, ved hjælp af en 3D-printer, og arbejde på alle fysiske parametre for at foretage en fuld bestemmelse af væsken:massefylde, hastighed, viskositet. De vil introducere termoviskose ligninger og foretage sammenligninger mellem sensing af gas og væsker.

Resultaterne påvirker udviklingen af ​​akustiske metasurfaces (AMM) i væske. Indtil nu, AMM blev hovedsageligt udviklet i luft. Der er øget interesse for at anvende AMM-konceptet til undervandsapplikationer.

Artiklen, "Tubular Phononic Crystal Sensor" er forfattet af Abdellatif Gueddida, Yan Pennec, Victor Zhang, Frieder Lucklum, Michael J. Vellekoop, Nikolay Mukhin, Dr. Ralf Lucklum, Bernard Bonello og Bahram Djafari-Rouhani. Artiklen vises i Journal of Applied Physics den 14. sept. 2021.