Fononiska kristaller är en innovativ resonansplattform för att avkänna och förstå vätskans volymetriska egenskaper, lockar ett växande intresse från forskare.

I Journal of Applied Physics , forskare från Frankrike och Tyskland föreslår design av en tubulär fononisk kristall (TPC) för att känna av de biokemiska och fysiska egenskaperna hos en vätska som fyller den ihåliga delen av röret.

"Beroende på dess storlek, enheten kan användas i låg skala, i mikrofluidapplikationer, i medelstor skala, i medicin för sprutor, eller i större skala, inom anläggningsteknik för ledning av gas i rörledningar, "sa författaren Yan Pennec.

Fononiska kristaller är kända för sin förmåga att styra, kontrollera, och manipulera akustiska och elastiska vågor. Denna förmåga att kontrollera utbredningen av elastiska vågor öppnade ett brett användningsområde, beroende på riktad frekvens.

Forskarna undersökte en TPC strukturerad med ett periodiskt arrangemang av brickor längs röret. De demonstrerade hur det blandade fasta/flytande systemet kan presentera absoluta eller polarisationsberoende bandgap.

Genom att införa en Fabry-Perot (F-P) hålighet inuti den periodiska strukturen, forskarna skapade toppar inuti bandgapen och dips inuti passbanden i överföringsspektrumet.

Dessa toppar och dippar har visat sig vara känsliga för densiteten och hastigheten på ljudet för vätskan som strömmar inuti röret, uppvisar högre känslighet för variationerna i massdensiteten än ljudhastigheten. TPC blir följaktligen en innovativ plattform för avkänning av applikationer på grund av den tillräckligt starka kopplingen av F-P-lägena vid vätske/fast-gränssnittet.

Forskarna kommer att genomföra en experimentell demonstration av systemet, med en 3D-skrivare, och arbeta med alla fysiska parametrar för att göra en fullständig bestämning av vätskan:densitet, hastighet, viskositet. De kommer att introducera termoviskösa ekvationer och genomföra jämförelser mellan avkännande gas och vätskor.

Resultaten påverkar utvecklingen av akustiska metasurfaces (AMM) i vätska. Tills nu, AMM utvecklades främst inom luft. Det finns ett ökat intresse för att tillämpa AMM -konceptet för undervattensapplikationer.

Artikeln, "Tubular Phononic Crystal Sensor" är författad av Abdellatif Gueddida, Yan Pennec, Victor Zhang, Frieder Lucklum, Michael J. Vellekoop, Nikolay Mukhin, Dr Ralf Lucklum, Bernard Bonello och Bahram Djafari-Rouhani. Artikeln kommer att visas i Journal of Applied Physics den 14 september, 2021.