3D打印超材料可以远程打开和关闭，以进行声音和振动控制
发布时间：2018-04-13
可能大家不是很了解3D打印超材料，这些超材料具有专门设计的结构，使其能够利用光波或声波，以及其他应用。最近，《Advanced Materials》刊物上发表了一篇研究论文，位于洛杉矶的USC Viterbi的研究小组最近开创了一种控制声音的新方法。这一最新的突破是独特的，因为可以远程使用磁场来打开或关闭超材料的声学特性。
该项目由USC Viterbi助理教授王启明和博士领导。学生余坤浩，麻省理工学院教授Nicholas Fang和密苏里大学教授黄国良教授参与。
因其独特的晶格结构，该团队使用3D打印技术创建了能够阻挡声波和机械振动的特殊超材料。而且，结构中铁颗粒的存在意味着可以使用磁场使其变形，然后改变其性质。通过这种方式，3D打印的超材料可以从主动状态远程切换到被动状态。
“当你制作一个结构时，几何体不能改变，这意味着该属性是固定的。我们的想法是可以设计一些非常灵活的东西，这样就可以使用外部控制来改变它。”民用和环境工程助理王启明教授说。“您可以施加外部磁力来使结构变形并改变其内部的结构和几何形状。一旦你改变了架构，改变了属性，我们就实现了这种在状态之间的自由切换。而使用磁场，开关是可逆的并且非常快速。”
超材料的声学特性使其能够阻挡特定频率的声波以及机械振动。这对于许多应用很有用，包括噪声消除、振动控制和声波隐形，甚至隐藏声波。
这些3D打印声学超材料结构的独特性赋予了它们负密度和负模量的特性。对于日常材料，这些属性都是正面的。如果一个物体具有正模量，当你将它推开时它会推回来。相反，具有负模量的物体吸引着你，在你推动的时候将你拉向它们。表现出负密度的物体的情况也类似于直觉。当你将这些物体从你身上推开时，它们会转向你。
(All images, credit: USC Viterbi)
在特定频率范围内的声波和机械振动可以由物体控制，物体的结构给这两个物体带来一个负面的属性。当这两个属性都是负值或正值时，振动能够再次通过。 USC Viterbi团队能够利用磁场远程控制他们的超材料，在双重正面（声音传递），单负（声阻）和双负（声音传递）之间切换。
与其他超材料相比，自由开启和关闭这些功能的能力为工程师提供了对声学和振动的额外控制，从而开辟了一系列潜在的应用。据了解，这个项目的资金由国家科学基金会和空军科学研究青年研究员计划提供。
