Fononische kristallen zijn een innovatief resonantieplatform voor het detecteren en begrijpen van de volumetrische eigenschappen van vloeistoffen, steeds meer belangstelling van onderzoekers.

In The Journal of Applied Physics , onderzoekers uit Frankrijk en Duitsland stellen het ontwerp voor van een buisvormig fononisch kristal (TPC) om de biochemische en fysische eigenschappen te meten van een vloeistof die het holle deel van de buis vult.

"Afhankelijk van de grootte, het apparaat kan op kleine schaal worden gebruikt, in microfluïdische toepassingen, op middelgrote schaal, in de geneeskunde voor spuiten, of op grotere schaal, in de civiele techniek voor het routeren van gas in pijpleidingen, ", aldus auteur Yan Pennec.

Fononische kristallen staan ​​bekend om hun vermogen om te leiden, controle, en akoestische en elastische golven manipuleren. Dit vermogen om de voortplanting van elastische golven te beheersen, opende een breed toepassingsgebied, afhankelijk van de beoogde frequentie.

De onderzoekers onderzochten een TPC gestructureerd met een periodieke opstelling van ringen langs de buis. Ze demonstreerden hoe het gemengde vaste/vloeibare systeem absolute of polarisatie-afhankelijke bandgaps kan vertonen.

Door een Fabry-Perot (F-P) holte in de periodieke structuur te introduceren, de onderzoekers creëerden pieken binnen de bandhiaten en dips binnen de doorlaatbanden in het transmissiespectrum.

Van deze pieken en dalen is aangetoond dat ze gevoelig zijn voor de dichtheid en de geluidssnelheid van de vloeistof die in de pijp stroomt, met een hogere gevoeligheid voor de variaties van de massadichtheid dan de geluidssnelheid. De TPC wordt daardoor een innovatief platform voor detectietoepassingen vanwege de voldoende sterke koppeling van de F-P-modi op de vloeistof/vaste stof interface.

De onderzoekers zullen een experimentele demonstratie van het systeem uitvoeren, met behulp van een 3D-printer, en werk aan alle fysieke parameters om een ​​volledige bepaling van de vloeistof te maken:dichtheid, snelheid, viscositeit. Ze zullen thermo-viskeuze vergelijkingen introduceren en vergelijkingen maken tussen detectiegas en vloeistoffen.

De bevindingen hebben invloed op de ontwikkeling van akoestische meta-oppervlakken (AMM) in vloeistof. Tot nu, AMM werden voornamelijk in de lucht ontwikkeld. Er is toenemende belangstelling voor toepassing van het AMM-concept voor onderwatertoepassingen.

Het artikel, "Tubular Phononic Crystal Sensor" is geschreven door Abdellatif Gueddida, Yan Pennec, Victor Zhang, Frieder Lucklum, Michael J. Vellekoop, Nikolaj Mukhin, Dr. Ralf Lucklum, Bernard Bonello en Bahram Djafari-Rouhani. Het artikel verschijnt in The Journal of Applied Physics op 14 september 2021.