[发明专利]一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料及其制备方法

说明书

本发明属于声学超材料相关技术领域，其公开了一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料及其制备方法，所述吸声超材料包括多个吸声超材料单元，多个所述吸声超材料单元组成阵列；其中，所述吸声超材料单元包括自上而下设置的微穿孔板、双螺旋卷曲结构及背板，所述双螺旋卷曲结构包括隔板，所述隔板按照双螺旋形式设置，且形成了双螺旋卷曲空间；所述双螺旋卷曲空间包括螺旋状的第一声通道及第二声通道；所述微穿孔板开设有两个微孔，两个所述微孔分别与所述第一声通道及所述第二声通道相连通。本发明有效扩宽了吸声频率范围，达到更为理想的吸声效果。

技术领域

本发明属于声学超材料相关技术领域，更具体地，涉及一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料及其制备方法。

背景技术

低频噪声问题广泛的存在于日常生活中，其传播距离远、透声能力强，长期暴露在低频噪声环境中会引起人体脑中枢机能下降，容易产生眩晕、疲劳等身体不适，还会引发神经系统、脊柱和胃肠道疾病，因而低频噪声控制是现代降噪过程中的重点和难点。在自然材料中，声波的阻隔遵循质量定律，具体表达为：

TL＝20lg(f)+20lg(M)-42

其中，TL为隔声量，dB；f为声波频率，Hz；M为隔声体的面密度，kg/m²。可见，隔声量同时受声波频率和隔声体面密度的影响，声波频率越高，越容易被阻隔，声波频率越低，穿透力越强。对于低频声波，要想取得和高频声波相同的隔声量，需要隔声体有更好的面密度，在材料相同的情况下，意味着隔声体的厚度越大。例如，对于面密度为200kg/m²的隔声体，当声波频率为10000Hz时，隔声量为84dB，当声波频率降低为100Hz时，隔声量仅为44Hz。要想获得与10000Hz声波相同的隔声量，隔声体面密度需增加到19953kg/m²，厚度增加了近100倍！在实际应用中显然是不现实的。因此，如何合理的控制噪声水平，提出简单高效的控制方法抑制噪声，一直是值得深入研究的课题。

超材料是一种具有人工周期性结构的材料，具备一些自然材料无法实现的超常物理性质，例如负泊松比、负折射、声波聚焦、隐身、吸收等等，具有十分广阔的应用前景。微穿孔板消声器是利用微穿孔板声结构制成的新型吸声材料，由钻有规则排列的微孔的薄板和其背后的空腔共同组成，当其应用于低频声波的吸收时，背后的空腔尺寸将达到米的量级，难以应用于实际。为解决此问题，有学者创造性的将背景空腔“卷曲”起来，以达到减小尺寸的目的，取得了较为理想的效果，其尺寸可以减小到声波波长的1/100，这种声学超材料在特定频率下可以达到近乎100％的吸声效果，但是频率范围很窄，半峰宽(吸声系数为50％的吸收峰频宽)通常在20～100Hz之间，难以满足较宽频率范围内的应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料及其制备方法，所述吸声超材料形成有双螺旋卷曲结构，所述双螺旋卷曲结构形成有双螺旋卷曲空间，所述双螺旋卷曲空间包括两个螺旋状的声通道，微穿孔板的两个微孔分别与两个声通道相连通，每个微孔与对应的声通道对应一个吸收峰，当声波从微穿孔板一侧射向所述声学超材料时，两个声通道相互影响，配合预定的尺寸参数可以有效扩宽吸声频率范围，达到更为理想的吸声效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有双螺旋卷曲空间的吸声超材料，所述吸声超材料包括多个吸声超材料单元，多个所述吸声超材料单元组成阵列；

其中，所述吸声超材料单元包括自上而下设置的微穿孔板、双螺旋卷曲结构及背板，所述双螺旋卷曲结构包括隔板，所述隔板按照双螺旋形式设置，且形成了双螺旋卷曲空间；所述双螺旋卷曲空间包括螺旋状的第一声通道及第二声通道；所述微穿孔板开设有两个微孔，两个所述微孔分别与所述第一声通道及所述第二声通道相连通。

进一步地，所述第一声通道的形状与所述第二声通道的形状相同，且所述第一声通道及所述第二声通道的曲折度n均大于等于3。