杜克大學新型3D打印超材料完美地重定向和反射聲波

杜克大學研究人員利用3D打印技術創(chuàng)建能夠以前所未有的效率控制聲波重定向的設備，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備。該設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)構操縱波浪般的光線和聲音，而不是它們的化學成分。該研究證明可能對各種水下聲音應用有用，例如聲納技術。

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打印技術制造。它的結(jié)構設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。

幾何細節(jié)新材料
根據(jù)杜克大學博士生JunfeiLi說：“以前的設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，研究員設計了一個特殊的計算機程序。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計參數(shù)。
該文件中展示的設置涉及3,000Hz的聲波。該結(jié)構能夠?qū)⒅本�上的聲波重新引導至60度的尖銳射角。效率約為96％，接近完美，遠高于過去類似設置效率預計的60％。可以對同一個系統(tǒng)進行修改和縮放，以成功控制幾乎任何波長的聲波。這個演示現(xiàn)在允許非常準確地操縱聲波,在談論聲波時，回到光學鏡頭的模擬上。

來源：ZOL中關村在線