日前，法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）和洛林大學(xué)（University of Lorraine）研究人員最近開發(fā)出一種設(shè)計，該設(shè)計使用一種盤起來的聲學(xué)超界面材料實現(xiàn)了在非常低頻范圍內(nèi)的聲波的完美吸收。該項研究成果已經(jīng)被發(fā)表在《Applied Physics Letters》雜志上。
科學(xué)家們認為，使用3D打印技術(shù)，當前一些影響吸收聲波的障礙最終會被克服，同時這一成果還將在其它方面有著廣泛的應(yīng)用。
CNRS首席科學(xué)家Badreddine Assouar稱：“這項設(shè)計的主要優(yōu)勢就是我們吸收器上的深亞波長厚度，這意味著我們可以處理非常低的頻率——也就是很長的波長——而且是以尺寸很小的結(jié)構(gòu)。”
據(jù)了解，聲波吸收系統(tǒng)的主要原理是將聲波的能力轉(zhuǎn)換為熱能。迄今為止打造該系統(tǒng)最常見的方式就是將帶孔的板子直接放置在具體對象之前以制造一個空氣口袋。然而這一技術(shù)隨之而來的問題就是它的尺寸。然而，這一進程的繼續(xù)問題是其大小。Assouar和他的團隊使用以前的研究成果開發(fā)出了螺旋通道系統(tǒng)解決了這個問題。
“針對深亞波長的完美聲音吸收器永遠是一個挑戰(zhàn)，因為在線性耗散系統(tǒng)里，摩擦功率與線性彈性變形能量成正比。”研究人員在其論文中稱：“為了加強連貫的耗散，最直觀和常見的方式是增加能量密度，比如，引入諧振結(jié)構(gòu)。”
“我們的創(chuàng)新之處在于將盤繞空間的概念擴展到該帶孔系統(tǒng)中，從而大大降低了系統(tǒng)的厚度，并且變成了帶深亞波長厚度的完美吸收器。該技術(shù)如果可以成功地實現(xiàn)，將會對聲學(xué)設(shè)備、應(yīng)用，甚至整個聲學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。”
事實上，研究人員所做的，主要是讓聲波通過穿孔板的中心孔進入了盤繞的空氣通道。在這一過程中，其聲波的波長會增加，并且獲得了較低的聲速和較高的聲波反射指數(shù)。關(guān)鍵是，利用這一技術(shù)可以創(chuàng)建薄的多的吸收器。其盤繞的腔和聲抗，最終會使聲波的能量在整個腔內(nèi)被吸收。
“通過解決這個艱巨的挑戰(zhàn)，我們設(shè)計的基于超界面材料的完美吸收器有著相當光明的應(yīng)用前景，并為相關(guān)設(shè)備的制造鋪平了道路。”研究人員在論文中稱：“在經(jīng)過優(yōu)化后斜入射的完美吸收也可以實現(xiàn)，由于超界面材料的的幾何形狀遠小于工作波長，這證明了阻抗分析的正確性。而我們提出的結(jié)構(gòu)也很用容易用3D打印技術(shù)制造出來，它還具有體積小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、效率高的有點。”
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