Matière molle et microfluidique pour la mise en forme de métafluides acoustiques dans le domaine ultrasonore - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Techniques de l’Ingénieur. Techniques d'Analyse Année : 2017

Soft Matter and Microfluidics for the Realisation of Ultrasonic Metafluids

Matière molle et microfluidique pour la mise en forme de métafluides acoustiques dans le domaine ultrasonore

Jacques Leng
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 836351
Olivier Mondain-Monval

Résumé

Soft Matter techniques have been used extensively for decades for the creation of original materials, structured on a scale ranging from nanometer to micrometer, and often with a strong hierarchy. Here, materials derived from these techniques have been synthesized using microfluidic techniques and shaped to modify the way an ultrasonic wave (of frequency between 0.1 and 10 MHz) propagates. Specifically, the materials are soft matrices seeded with custom-made resonant inclusions having a size much smaller than the wavelength of the incident wave, so that the material can be considered as "effective", that is to say homogeneous, and for which the modification of the ultrasonic propagation comes only from the resonant character of the inclusions and not from their eventual periodic organization in space. The article describes the implementation of resonant inclusions (having so-called "Mie" resonances, also known as "cavity" resonances) and their engineering to obtain resonators that are sufficiently efficient for the ultrasonic index of refraction of the materials to take exotic values (positive, zero, or even negative) as a function of frequency. These acoustic « metafluids » can be operated in one or more frequency bands according to the properties of the material constituting the inclusions as well as their size polydisersity. Mots-clés : matière molle, microfluidique, métamatériaux acoustiques, résonance de type Mie
Les techniques de la matière molle ont été largement utilisées depuis des décennies pour la réalisation de matériaux originaux, structurés sur une échelle allant du nanomètre au micromètre, et souvent hiérarchiques. Ici, des matériaux issus de ces techniques sont synthétisés par des voies microfluidiques et mis en forme pour modifier la façon dont une onde ultrasonore (de fréquence comprise entre 0.1et 10 MHz) se propage. Spécifiquement, les matériaux sont constitués de matrices molles ensemencées d'inclusions résonantes, fabriquées à façon, de taille très inférieure à la longueur d'onde incidente, de sorte que le matériau puisse être considéré comme « effectif », c'est-à-dire homogène et que la modification de la propagation ultrasonore ne provienne que du caractère résonant des inclusions et non pas de leur éventuelle organisation périodique dans l'espace. L'article décrit la mise en oeuvre d'inclusions résonantes (présentant des résonances dites de « Mie », appelées aussi résonances de « cavité ») puis leur ingénierie pour obtenir des résonateurs suffisamment efficaces pour que l'indice de réfraction ultrasonore du matériau ainsi développé puisse prendre des valeurs exotiques (positives, nulles, voire négatives) en fonction de la fréquence. Ces « métafluides » acoustiques peuvent être opérationnels dans une ou plusieurs bandes de fréquences selon les propriétés du matériau constituant les inclusions ainsi que leur polydispersité de taille.
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Dates et versions

hal-02901678 , version 1 (17-07-2020)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02901678 , version 1

Citer

Jacques Leng, Thomas Brunet, Olivier Mondain-Monval. Matière molle et microfluidique pour la mise en forme de métafluides acoustiques dans le domaine ultrasonore. Techniques de l’Ingénieur. Techniques d'Analyse, 2017. ⟨hal-02901678⟩
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