【論文】3D打印超材料用磁場遠程控制，消除聲波和振動

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)報道過3D打印超材料的開發(fā)，這些超材料具有專門設計的結構，使其能夠利用光波或聲波以及其他應用。這一最新的突破是獨特的，因為可以遠程使用磁場來打開或關閉超材料的聲學特性。


該項目由USC Viterbi助理教授王啟明和博士生余坤浩，麻省理工學院教授方絢萊（摩方材料首席科學家）和密蘇里大學教授黃國良教授完成。由于其獨特的晶格結構，該團隊使用3D打印技術創(chuàng)建了能夠阻擋聲波和機械振動的特殊超材料。而且，結構中鐵顆粒的存在意味著可以使用磁場使其變形，然后改變其性質。通過這種方式，3D打印的超材料可以從主動狀態(tài)遠程切換到被動狀態(tài)。

''當你制作一個結構時，它的幾何體不能改變，這意味著該屬性是固定的。 我們的想法是設計一些非常靈活的東西，這樣就可以使用外部控制來改變它。“助理教授王說。 ''您可以施加外部磁力來使結構變形并改變其內部的結構和幾何形狀， 一旦你改變了架構，也就改變了屬性。 我們想要實現(xiàn)這種在狀態(tài)之間自由的切換，使用磁場，開關是可逆的并且非常快速。“

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

這些3D打印聲學超材料結構的獨特性賦予了它們負密度和負模量的特性。 對于日常材料，這些屬性都是正面的。 如果一個物體具有正的模量，當你將它推開時它會推回來。 相反，具有負模量的物體吸引著你，在你推動的時候將你拉向它們。 表現(xiàn)出負密度的物體的情況也類似于直覺。 當你將這些物體從你身上推開時，它們會轉向你。

在特定頻率范圍內的聲波和機械振動可以由物體控制，物體的結構給這兩個物體帶來一個負面的屬性。 當這兩個屬性都是負值或正值時，振動能夠再次通過。 USC維特比團隊能夠利用磁場遠程控制他們的超材料，在雙重正面（聲音傳遞），單負（聲阻）和雙負（聲音傳遞）之間切換。

與其他超材料相比，自由開啟和關閉這些功能的能力為工程師提供了對聲學和振動的額外控制，從而開辟了一系列潛在的應用。 該研究發(fā)表在Advanced Materials上。 這個項目的資金由國家科學基金會和空軍科學研究青年研究員計劃提供。

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

編譯自：3ders