【論文】3D打印超材料用磁場(chǎng)遠(yuǎn)程控制，消除聲波和振動(dòng)

2018年4月13日，南極熊從外媒獲悉，USC Viterbi的研究小組最近開創(chuàng)了一種控制聲音的新方法。我們之前已經(jīng)報(bào)道過(guò)3D打印超材料的開發(fā)，這些超材料具有專門設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，使其能夠利用光波或聲波以及其他應(yīng)用。這一最新的突破是獨(dú)特的，因?yàn)榭梢赃h(yuǎn)程使用磁場(chǎng)來(lái)打開或關(guān)閉超材料的聲學(xué)特性。


該項(xiàng)目由USC Viterbi助理教授王啟明和博士生余坤浩，麻省理工學(xué)院教授方絢萊（摩方材料首席科學(xué)家）和密蘇里大學(xué)教授黃國(guó)良教授完成。由于其獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了能夠阻擋聲波和機(jī)械振動(dòng)的特殊超材料。而且，結(jié)構(gòu)中鐵顆粒的存在意味著可以使用磁場(chǎng)使其變形，然后改變其性質(zhì)。通過(guò)這種方式，3D打印的超材料可以從主動(dòng)狀態(tài)遠(yuǎn)程切換到被動(dòng)狀態(tài)。

''當(dāng)你制作一個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，它的幾何體不能改變，這意味著該屬性是固定的。 我們的想法是設(shè)計(jì)一些非常靈活的東西，這樣就可以使用外部控制來(lái)改變它�！爸�理教授王說(shuō)。 ''您可以施加外部磁力來(lái)使結(jié)構(gòu)變形并改變其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和幾何形狀， 一旦你改變了架構(gòu)，也就改變了屬性。 我們想要實(shí)現(xiàn)這種在狀態(tài)之間自由的切換，使用磁場(chǎng)，開關(guān)是可逆的并且非常快速�！�

超材料的聲學(xué)特性使其能夠阻擋特定頻率的聲波以及機(jī)械振動(dòng)。 這在很多領(lǐng)域都有用途，比如噪聲消除，振動(dòng)控制和聲波隱形，可用于隱藏聲波。

這些3D打印聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性賦予了它們負(fù)密度和負(fù)模量的特性。 對(duì)于日常材料，這些屬性都是正面的。 如果一個(gè)物體具有正的模量，當(dāng)你將它推開時(shí)它會(huì)推回來(lái)。 相反，具有負(fù)模量的物體吸引著你，在你推動(dòng)的時(shí)候?qū)⒛憷�向它們�?表現(xiàn)出負(fù)密度的物體的情況也類似于直覺。 當(dāng)你將這些物體從你身上推開時(shí)，它們會(huì)轉(zhuǎn)向你。

在特定頻率范圍內(nèi)的聲波和機(jī)械振動(dòng)可以由物體控制，物體的結(jié)構(gòu)給這兩個(gè)物體帶來(lái)一個(gè)負(fù)面的屬性。 當(dāng)這兩個(gè)屬性都是負(fù)值或正值時(shí)，振動(dòng)能夠再次通過(guò)。 USC維特比團(tuán)隊(duì)能夠利用磁場(chǎng)遠(yuǎn)程控制他們的超材料，在雙重正面（聲音傳遞），單負(fù)（聲阻）和雙負(fù)（聲音傳遞）之間切換。

與其他超材料相比，自由開啟和關(guān)閉這些功能的能力為工程師提供了對(duì)聲學(xué)和振動(dòng)的額外控制，從而開辟了一系列潛在的應(yīng)用。 該研究發(fā)表在Advanced Materials上。 這個(gè)項(xiàng)目的資金由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和空軍科學(xué)研究青年研究員計(jì)劃提供。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201706348

編譯自：3ders