I cristalli fononici sono una piattaforma risonante innovativa per il rilevamento e la comprensione delle proprietà volumetriche dei liquidi, suscitando un crescente interesse da parte dei ricercatori.

In Il Giornale di Fisica Applicata , ricercatori francesi e tedeschi propongono la progettazione di un cristallo fononico tubolare (TPC) allo scopo di rilevare le proprietà biochimiche e fisiche di un liquido che riempie la parte cava del tubo.

"A seconda delle sue dimensioni, il dispositivo può essere utilizzato su scala ridotta, nelle applicazioni microfluidiche, a media scala, in medicina per siringhe, o su scala più ampia, in ingegneria civile per il percorso del gas in condotte, " ha detto l'autore Yan Pennec.

I cristalli fononici sono noti per la loro capacità di guidare, controllo, e manipolare onde acustiche ed elastiche. Questa capacità di controllare la propagazione delle onde elastiche ha aperto un ampio campo di applicazioni, a seconda della frequenza mirata.

I ricercatori hanno studiato un TPC strutturato con una disposizione periodica di rondelle lungo il tubo. Hanno dimostrato come il sistema misto solido/liquido può presentare band gap assoluti o dipendenti dalla polarizzazione.

Introducendo una cavità di Fabry-Perot (F-P) all'interno della struttura periodica, i ricercatori hanno creato picchi all'interno dei gap di banda e cali all'interno delle bande passanti nello spettro di trasmissione.

Questi picchi e avvallamenti hanno dimostrato di essere sensibili alla densità e alla velocità del suono del fluido che scorre all'interno del tubo, mostrando una maggiore sensibilità alle variazioni della densità di massa rispetto alla velocità del suono. Il TPC diventa di conseguenza una piattaforma innovativa per le applicazioni di rilevamento grazie all'accoppiamento sufficientemente forte delle modalità F-P all'interfaccia fluido/solido.

I ricercatori condurranno una dimostrazione sperimentale del sistema, utilizzando una stampante 3D, e lavorare su tutti i parametri fisici per ottenere una determinazione completa del liquido:densità, velocità, viscosità. Introdurranno equazioni termoviscose e condurranno confronti tra gas di rilevamento e liquidi.

I risultati influiscono sullo sviluppo delle metasuperfici acustiche (AMM) in liquidi. Fino ad ora, Gli AMM sono stati sviluppati principalmente in aria. C'è un crescente interesse per l'applicazione del concetto AMM per applicazioni subacquee.

L'articolo, "Sensore tubolare a cristalli fononici" è scritto da Abdellatif Gueddida, Yan Pennec, Vittorio Zhang, Frieder Lucklum, Michael J. Vellekoop, Nikolay Mukhin, Dottor Ralf Lucklum, Bernard Bonello e Bahram Djafari-Rouhani. L'articolo apparirà in Il Giornale di Fisica Applicata il 14 settembre, 2021.