杜克大學(xué)新型3D打印超材料完美地重定向和反射聲波

杜克大學(xué)研究人員利用3D打印技術(shù)創(chuàng)建能夠以前所未有的效率控制聲波重定向的設(shè)備，它是同類產(chǎn)品中第一款成功演示近乎完美的聲音傳輸和反射控制的設(shè)備。該設(shè)計利用了一種被稱為超材料的材料，它們是人造材料，可以通過它們的結(jié)構(gòu)操縱波浪般的光線和聲音，而不是它們的化學(xué)成分。該研究證明可能對各種水下聲音應(yīng)用有用，例如聲納技術(shù)。

超材料經(jīng)過工程加工可同時完美傳輸和反射聲波
薄塑料裝置使用3D打印技術(shù)制造。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計成由一系列四列空心柱組成。每一列在一邊中間有一個狹窄開口，寬度為近一英寸。行間通道寬度的變化以及每個柱內(nèi)腔的大小，使研究人員能夠精確地操縱聲波。空腔會以規(guī)定的頻率振動，這會影響相鄰空腔的振動，以限制聲波的傳播和反射。

幾何細(xì)節(jié)新材料
根據(jù)杜克大學(xué)博士生JunfeiLi說：“以前的設(shè)備可以通過改變波前不同部分的速度來改變聲波的頻率和方向，但總會有不必要的散射。你必須控制聲波的傳輸和反射的相位和振幅，以達(dá)到完美的效率�！�

傳出波和反射波
為了找到超材料的最佳結(jié)構(gòu)，研究員設(shè)計了一個特殊的計算機(jī)程序。在這個計劃中，研究人員提供了材料每一面所需的邊界條件，以便決定他們希望傳出波和反射波如何表現(xiàn)。該程序嘗試隨機(jī)解決方案，并最終在多次不同的迭代之后找到一組最佳的設(shè)計參數(shù)。
該文件中展示的設(shè)置涉及3,000Hz的聲波。該結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒅本�上的聲波重新引導(dǎo)至60度的尖銳射角。效率約為96％，接近完美，遠(yuǎn)高于過去類似設(shè)置效率預(yù)計的60％�？梢詫ν�一個系統(tǒng)進(jìn)行修改和縮放，以成功控制幾乎任何波長的聲波。這個演示現(xiàn)在允許非常準(zhǔn)確地操縱聲波,在談?wù)撀暡〞r，回到光學(xué)鏡頭的模擬上。

來源：ZOL中關(guān)村在線