[发明专利]一种超薄声透射相位调控薄膜及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于静电纺丝技术制作的超薄声相位调控薄膜及其制作方法，其中，所述制作方法包括：将任意密度大于纤维材料的金属颗粒或非金属颗粒和任意模量小于颗粒的高分子材料或者软材料溶液均匀混合得到混合溶液；将混合溶液作为原料，利用静电纺丝技术，得到带颗粒的静电纺丝纤维，进而由静电纺丝纤维堆积形成静电纺丝薄膜。通过本发明制备得到的静电纺丝薄膜可以实现对多频段的声波进行调控。基于本发明的静电纺丝薄膜可以用于单独对声波相位进行调控，进一步地，还可以结合相应的切割技术或者其他技术实现多功能地对声波进行调节。

技术领域

本发明属于超材料领域，更具体地，涉及一种基于静电纺丝技术制作的超薄声相位调控薄膜及其制作方法。

背景技术

对声波的调控对于噪声隔离与吸收、声通讯、声隐身、声成像、声能武器等有着重要的意义。而对于声波的调控最终都要归结于对声波在空间中强度和相位的变化的调节。目前，对声波相位进行调控以实现上述种种功能的方法有空间卷曲波导和声源阵列等。通过设计波导空腔的结构来改变透射声相位，在传播方向有限的距离内形成扭曲的传播通道，延长了传播路径，从而能在较短距离内获得巨大的相位改变。在垂直于入射方向的平面内设计不同位置有不同的相位改变就可以用来调控声场的分布。另外利用声源阵列的方法，也可以利用电流来控制不同位置声源的相位变化。前者是无源的调控方式，而后者是有源的。无源的方式更加节能，器件也相对更小更便携，而有源的方式能够进行实时的调控。例如，Zixian Liang and Jensen Li,et al.Extreme Acoustic Metamaterial byCoiling Up Space[J].Physics Review Letters,2012,108,114301，以及EdouardNesvijski.Problems of Acoustic Sources Location in 3D Medium[J].Journal ofThermoplastic Composite Materials,2005,18(4):351-362，分别利用空间卷曲波导和声源阵列来对声波相位进行调控，以实现不同的声学应用。

然而，采用空间卷曲波导方式都需要厚的钢板作为波导或者硬边界来隔离声波，使得整个装置笨重庞大，也不易加工，成本也较高，限制了其应用范围。而声源阵列的方法不仅有能耗的问题，并且有电源，整个装置会更加庞大，不利于实际应用。并且堆叠相位单元的方法由于其体积不能忽略，其具体效果的精度有限。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超薄声透射相位调控薄膜及其制作方法，由此解决现有对声波进行调控的方式所存在的能耗较高，精度较低以及成本较高等的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超薄声透射相位调控薄膜的制作方法，包括：

将任意密度大于纤维材料的金属颗粒或非金属颗粒和任意模量小于颗粒的高分子材料或者软材料溶液均匀混合得到混合溶液；

将混合溶液作为原料，利用静电纺丝技术，得到带颗粒的静电纺丝纤维，进而由静电纺丝纤维堆积形成静电纺丝薄膜。

优选地，所述任意密度大于纤维材料的金属颗粒或非金属颗粒为铜、铁、金、银、铂、钴、镍、铅及其对应的氧化物。

优选地，所述静电纺丝薄膜的面积与用于喷丝的注射器在垂直于喷丝方向的平面内的移动范围有关，所述移动范围越大，所述静电纺丝薄膜的面积越大。

优选地，所述静电纺丝薄膜的厚度与纺丝时间有关，所述纺丝时间越长，所述静电纺丝薄膜的厚度越厚。

优选地，所述静电纺丝纤维的直径与纺丝电压有关，所述纺丝电压越大，所述静电纺丝纤维的直径越小。

优选地，所述静电纺丝薄膜中的颗粒数目与颗粒和高分子材料或者软材料溶液的质量比有关，所述质量比越大，所述静电纺丝薄膜中所含的颗粒数目越多。