

声子晶体(PCs)和超材料(MMs)作为通过定制微结构操控声波与弹性波的创新平台已崭露头角。然而,由于传统制造完成后其性能固定不变,它们在动态环境中的适应性受到限制,因此对可调谐和可重构结构的需求日益增长。相变提供了一种极具前景的机制,可实现PCs和MMs性能的显著变化。然而,目前亟需对基于相变的调控策略进行全面综述,以总结现有进展并指导未来发展。本综述系统评估了近年来基于相变的声子晶体和超材料在理论与实验方面的最新进展,重点关注的材料体系包括形状记忆合金(SMAs)、形状记忆聚合物(SMPs)、铁电材料以及液-固相变材料(PCMs)。文中详细阐述了关键机制,包括马氏体相变、玻璃化转变、铁电相变以及各类相变材料中的固-液相变。基于这些机制,本文批判性地评述了当前最先进的设计策略,涵盖基于SMA、SMP、铁电相变及固-液相变系统的主动波调控与新颖功能行为实现方法。此外,还全面探讨了用于预测相变材料性能的先进建模方法与实现目标结构的制造技术。最后,本文展望了未来发展方向,为开发高性能声子晶体和超材料提供了详尽的指导建议。 |


总之,基于相变的声子晶体(PCs)和超材料(MMs)为动态调控波传播及有效实现功能特性提供了创新平台,已在广泛的工程应用中展现出巨大潜力。本综述全面探讨了利用多种相变机制(包括形状记忆合金、形状记忆聚合物和铁电材料中的固-固相变,以及固-液相变)实现PCs和MMs前所未有的可调性与可重构性的基本原理与设计策略。同时,本文也系统回顾了用于预测相变材料性能和制造目标结构的先进建模与加工技术。此外,我们还指出了若干亟待解决的关键开放性问题与挑战,包括高精度制造的需求、材料在循环操作下的长期稳定性、经济可行性保障,以及在单一系统中集成多种功能的能力。通过将材料创新与实际工程挑战相结合,基于相变的PCs和MMs有望彻底革新自适应波调控技术,为下一代高性能器件铺平道路。这些PCs与MMs领域的创新在声学、光学、传感和能量收集等多个领域具有广泛的实际应用前景,尤其在需要精确、可控地实现可调波操控的场景中至关重要。 |

