杜克大学开发可控制声波的超材料装置

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　　杜克大学的研究人员设计出了一种纤薄的工程材料，可以接近完美的效率控制声波使其重定向和反射。这种新材料设计首次演示这种完美效率的声波控制，并且材料可以使用利用3D打印技术制成。

　　虽然在理论层面，制造这种超材料设备的方法早已被提出，但这些方法既没有在理论层面对声音传输和反射同时实现精确控制，也不能通过实验来实现。不过，最近的这项研究设计并测试了这样一种装置-采用经过精确工程设计的超材料表面，能够同时控制入射声波的传播和反射。

　　使用纤薄结构来控制声波并不是什么新鲜事，但是仅仅控制传输和反射阶段的常用方法会导致一些声波能量的丢失。然而，根据科研人员发表在《自然通讯》上的论文描述，通过设计和控制结构两侧的波阻抗，有可能实现在没有能量损失的情况下完美地控制声波的传输和反射。

　　新设计的装置使用超材料制成，利用超材料的微结构可以控制诸如光和声音之类的波。超材料结构是利用3D打印塑料制成的，利用该设备的特殊形状产生的性能可控制声波，同时超材料还可以缩放和修改几乎任何波长的声波。它由四排空心柱组成，每列空心柱之间都有一个约半英寸左右的狭窄开口。研究人员演示了这款设备如何通过每一列之间的通道宽度，以及每一列内腔的大小来控制声音。根据每个空心柱塑料填充量的不同，每一列产生不同的频率。

　　当声波穿过它时，设备中的每个谐振腔都以特定的频率产生谐振。振动不仅对声波传播速度产生影响，而且还与相邻的空心柱相互作用，控制传播和反射。此外，振动列不仅与声波相互作用，而且与周围的空心柱相互作用。

　　该团队现在正在寻求将他们的想法应用到更奇特的声音控制形式中，包括在声纳等应用中操纵声波。据报道，这种结构可以将直线传播的3000赫兹声波，重新定向因导致以60度入射角传播，效率约为96%，远高于此前类似设备的60%，接近完美。

　　来源：国防科技信息网，作者：陈济桁，中国航空工业发展研究中心。