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杜克大学新型3D打印超材料完美地重定向和反射声波

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杜克大学研究人员利用3D打印技术创建能够以前所未有的效率控制声波重定向的设备,它是同类产品中第一款成功演示近乎完美的声音传输和反射控制的设备。该设计利用了一种被称为超材料的材料,它们是人造材料,可以通过它们的结构操纵波浪般的光线和声音,而不是它们的化学成分。该研究证明可能对各种水下声音应用有用,例如声纳技术。
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超材料经过工程加工可同时完美传输和反射声波
薄塑料装置使用3D打印技术制造。它的结构设计成由一系列四列空心柱组成。每一列在一边中间有一个狭窄开口,宽度为近一英寸。行间通道宽度的变化以及每个柱内腔的大小,使研究人员能够精确地操纵声波。空腔会以规定的频率振动,这会影响相邻空腔的振动,以限制声波的传播和反射。
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几何细节新材料
根据杜克大学博士生JunfeiLi说:“以前的设备可以通过改变波前不同部分的速度来改变声波的频率和方向,但总会有不必要的散射。你必须控制声波的传输和反射的相位和振幅,以达到完美的效率。“
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传出波和反射波
为了找到超材料的最佳结构,研究员设计了一个特殊的计算机程序。在这个计划中,研究人员提供了材料每一面所需的边界条件,以便决定他们希望传出波和反射波如何表现。该程序尝试随机解决方案,并最终在多次不同的迭代之后找到一组最佳的设计参数。
该文件中展示的设置涉及3,000Hz的声波。该结构能够将直线上的声波重新引导至60度的尖锐射角。效率约为96%,接近完美,远高于过去类似设置效率预计的60%。可以对同一个系统进行修改和缩放,以成功控制几乎任何波长的声波。这个演示现在允许非常准确地操纵声波,在谈论声波时,回到光学镜头的模拟上。

来源:ZOL中关村在线

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