2017年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)推荐项目公示(合作单位)

项目名称:声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究
推荐单位:南京大学
推荐奖种:自然奖-直报类
项目简介:
  项目自2002年起,在国家重大基础研究、重大仪器专项研究及国家杰出青年科学基金等项目支持下,系统开展了对声人工结构中的各种反常声学现象及其调控机理的理论与实验研究,在声单向传播、声波阵面操控及声子晶体禁带形成等方面取得了重要突破。主要科学发现包括:
  1.提出了可像电子二极管操控电流般操控声波的"声二极管"设计理论,在理论与实验上实现了突破经典互易原理局限的声整流效应,解决了声能量无法非对称传输的物理难题,引发了声单向传播研究的研究热潮,并发展了一系列各方面性能得到极大增强、可适用于不同场合的声学单向器件;
  2.提出了可允许物体探听外界却又不引起散射的"声隐身斗篷"设计理论,解决了该领域的"双盲"问题;率先设计并制备了可突破传统Snell定律的"声超常表面"等人工器件,使得对声波波阵面近乎任意的改变与调控成为可能;
  3.在理论上严格证明了一维周期性薄板结构中存在低阶Lamb波禁带并提出了相关的关键参数,揭示了衬底特性对Lamb波禁带的影响规律,并发现了L波与SV波在低频处的各向异性等效声速现象,导出了长波极限下二维声子晶体中弹性波等效声速的解析公式。
  项目主要学术论文发表在Nature Materials、Physical Review Letters及Physical Review B等高水平国际期刊上,并得到包括Science、Nature 在内的国际期刊的大量引用,总引用次数1700次, 其中8篇代表性论文SCI他引545次。成果多次得到Nature杂志社、美国物理学会及美国声学学会等等知名学术机构专文报道,并被Scientific American制成“科学60秒”科普节目。代表性论文1影响因子36.5,代表性论文1和2入选Web of Science 的"高被引论文"(受引用次数将其归入其学术领域中最优秀的 1% 之列),代表性论文3入选J. App. Phys.期刊评选的"2010-2014 年中国作者发表的30 篇高引用论文"。获授权发明专利及美国专利各1项。
  项目在科学上有重要发展,对推动声学与材料科学、凝聚态物理学等学科的交叉发展具有重要意义。
 代表性论著:

10篇代表性论文、专著

序号

论文、专著

名称/刊名/作者(中文名)

影响因子

年卷   页码(xx年xx卷xx页)

发表 时间(XXXXXX日)

通讯作者/第一作者(中文名)

      SCI 他引次数

 

他引总次数

是否国内完成

1

An acoustic rectifier/ NATURE MATERIALS/梁彬郭霞生屠娟章东程建春

36.503

卷: 9   期: 12   页: 989-992

2010年10月24日

程建春章东/梁彬郭霞生屠娟

173

183

2

Acoustic Diode: Rectification of Acoustic Energy Flux in One-Dimensional Systems/ PHYSICAL REVIEW LETTERS/梁彬渊博程建春

7.512

卷: 103   期: 10     文献号: 104301

2009年9月4日

程建春/梁彬

151

163

3

One-way mode transmission in one-dimensional phononic crystal plates/ JOURNAL OF APPLIED PHYSICS/祝雪丰邹欣晔梁彬程建春

2.183

卷: 108   期: 12     文献号: 124909

2010年12月15日

程建春/祝雪丰

33

34

4

Acoustic Cloaking by a Superlens with Single-Negative Materials/ PHYSICAL REVIEW LETTERS/祝雪丰梁彬阚威威邹欣晔程建春

7.512

卷: 106   期: 1  文献号: 014301

2011年1月4日

程建春梁彬/祝雪丰

47

47

5

Reflected wavefront manipulation based on ultrathin planar acoustic metasurfaces/SCIENTIFIC REPORTS/李勇梁彬顾仲明邹欣晔程建春

5.578

卷: 3     文献号: 2546

2013年8月29日

程建春梁彬/李勇

51

59

6

Experimental Realization of Full Control of Reflected Waves with Subwavelength Acoustic Metasurfaces/PHYSICAL REVIEW APPLIED /李勇江雪李睿奇梁彬邹欣晔尹雷雷程建春

4.06

卷: 2 文献号: 064002

2014年12月3日

程建春梁彬/李勇

31

34

7

Stopbands for lower-order Lamb waves in one-dimensional composite thin plates/ PHYSICAL REVIEW B/陈久久张凯雯高健程建春

3.736

卷: 73   期: 9     文献号: 094307

2006年3月31日

程建春/陈久久

43

49

8

Anisotropy of effective velocity for elastic wave propagation in two-dimensional phononic crystals at low frequencies/PHYSICAL REVIEW B/倪青程建春

3.736

卷: 72  期: 1  文献号: 014305

2005年7月13日

程建春/倪青

16

18

 主要完成人情况:

主要完成人情况表

姓   名

程建春

排    名

1

工作单位

南京大学

技术职称

教授

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

2016年获教育部高等学校自然科学奖一等奖,“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”,排名第一;所获荣誉: 2008 年获得首届中国声学学会马大猷声学奖,2011 年获得中国物理学会饶毓泰声学奖,2015 年获得全国优秀科技工作者称号

本人对本项目主要学术贡献

在本项目中主要学术贡献为:(1)首次提出了声二极管的设计理论,揭示了在非线性体系中突破经典互易原理的物理机制,率先解决了声能量无法单向传播的物理难题;(2)首次提出了利用新型坐标变换关系解决双盲问题、基于特殊相位分布来实现波束任意操控的思路,为基于声学人工器件的声波波阵面操控奠定了理论基础;(3)首次发现了一维周期性薄板结构中的低阶Lamb波禁带、二维声子晶体中弹性波等效声速等现象,并深入揭示了相关物理机理,拓展和深化了对声子晶体带隙机理的理解和认识。对发现点1、2、3具有突出贡献,是所有8篇代表作的通信作者。

 

主要完成人情况表

姓   名

梁彬

排    名

2

工作单位

南京大学

技术职称

教授

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

2016年获教育部高等学校自然科学奖一等奖,“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”,排名第二;所获荣誉:南京大学优秀博士论文奖

本人对本项目主要学术贡献

在本项目中主要学术贡献为:(1)基于声子晶体和非线性媒质的特殊组合设计了声二极管理论模型,首次发现了非线性体系中的声整流现象,完成了声整流器器件的制备、测量与表征,并在此基础上提出了一系列线性声单向结构的设计理论及制备方法;(2)利用声学超透镜解决双盲问题,采用折叠空间手段构建高折射率及低损耗的微单元,设计了非双盲声隐身斗篷、声学超表面等人工结构的,并在实验上完成了部分原理性器件的制备;对发现点1 和2 具有突出贡献,是代表性论文1、2 的第一作者,代表性论文4、5、6 的共同通信作者,代表性论文3的共同作者。

 

主要完成人情况表

姓   名

章东

排    名

3

工作单位

南京大学

技术职称

教授

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

2016年获教育部高等学校自然科学奖一等奖,“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”,排名第三;2007年获教育部高等学校自然科学奖二等奖,“非线性超声成像及生物组织定征的新方法和新技术研究”

本人对本项目主要学术贡献

在本项目中主要学术贡献为:(1)提出了声二极管器件的制备方法,主要设计了整体实验方案,利用造影剂微泡溶液来有效模拟非线性介质,并利用玻璃与水构建了高精度超晶格样品;(2)主要参与了声单向传播的实验研究,完成了声整流器器件的制备与实验测量。对发现点1具有突出贡献,是代表性论文1的共同通信作者。

 

主要完成人情况表

姓   名

祝雪丰

排    名

4

工作单位

华中科技大学

技术职称

副教授

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

2016年获教育部高等学校自然科学奖一等奖,“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”,排名第六;

所获荣誉:全国优秀博士论文提名论文奖

本人对本项目主要学术贡献

在本项目中主要学术贡献为:(1)在声隐身这一热点研究课题中取得突破,设计了超透镜声隐身斗篷的结构,解决了双盲问题这一物理难题。(2)基于完成人1和2对声二极管的研究,提出了一种由对称结构与反对称结构,利用其中存在的不对称模式转换效应实现了Lamb波的单向导通。 对发现点1和2具有突出贡献,是代表性论文3和4的第一作者。

 

主要完成人情况表

姓   名

李勇

排    名

5

工作单位

同济大学

技术职称

研究员

完成单位

南京大学

曾获科技

奖励情况

2016年获教育部高等学校自然科学奖一等奖,“声人工结构中的反常声学现象及其调控机理研究”,排名第七;

所获奖励:南京大学优秀博士论文奖

本人对本项目主要学术贡献

在本项目中主要学术贡献为:(1) 提出了声超常表面的设计思路,通过折叠空间这一声学特有的手段设计了一种具有高折射率的声学超常材料(2) 设计了声学超表面器件的制备方法,开展了相关实验测量。对发现点2具有突出贡献,是代表性论文5和6的第一作者。

 主要完成单位及其贡献:

主要完成单位及其贡献

单位名称

南京大学

排    名

1

对本项目的贡献

项目所有工作均在南京大学独立完成,南京大学为本项目的立项、执行和完成提供了人力、物力和后勤方面的保障,以及研究经费、实验用房等方面的支持,对相关研究提供了学科方面的支撑,对重大仪器和装备的使用提供了支持。项目自2002年起系统开展了对声人工结构中的各种反常声学现象及其调控机理的理论与实验研究,在声单向传播、声波阵面操控及声子晶体禁带形成等方面取得了以下重要突破:

1)在理论上提出了声二极管的概念,率先完成器件制备,实现了声能量的整流现象,并设计制备了多种各方面性能得到显著提升的声单向器件;

2) 提出了非双盲声隐身斗篷、声学超常表面等声学人工结构的设计理论,并制备了部分器件,使得对波阵面的自由调控成为可能;

3) 发现一维周期性薄板中的低阶Lamb波禁带、二维声子晶体中低频声波的各向异性等效声速等现象,并揭示了其产生机制和调控规律。

项目共发表SCI论文95篇,包括Nature Materials及Physical Review Letters等高水平期刊。8篇代表性论文的SCI他引次数545次。研究成果得到国内外同行的大量关注和引用,多次被Nature杂志、美国物理学会及美国声学学会等著名学术机构撰文进行报道。

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