位于洛杉磯的USC Viterbi的研究小組最近開創(chuàng)了一種控制聲音的新方法。3D打印超材料的開發(fā)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領(lǐng)導(dǎo)。學(xué)生余坤浩，麻省理工學(xué)院教授方Professor和密蘇里大學(xué)教授黃國(guó)良教授。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)，幾何體不能改變，這意味著該屬性是固定的。 這里的想法是，我們可以設(shè)計(jì)一些非常靈活的東西，這樣你就可以使用外部控制來改變它，”民用和環(huán)境工程助理教授王說，“您可以施加外部磁力來使結(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)，你改變了屬性。 我們想要實(shí)現(xiàn)這種在狀態(tài)之間切換的自由。 使用磁場(chǎng)，開關(guān)是可逆的并且非?？焖佟?rdquo;

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)。 這對(duì)于許多目的很有用，包括噪聲消除，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。 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蛩鼈儭?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。

(所有圖片，credit: USC Viterbi)

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。 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。

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