[发明专利]一种气泡声学超材料

说明书

本发明公开了一种气泡声学超材料，具体公开了基于超材料的概念，利用气泡的可压缩性，通过一种特殊的框架结构将气泡稳定地固定在水中，并可通过改变气泡膜的气泡形状、大小和间隔距离以及填充介质的种类调节隔声峰对应的频率，进而调节和改善其隔声效果。本发明的气泡声学超材料，气泡膜可采用轻质的聚合物材料，与传统的薄膜声学超材料相比，省略了外加质量块的设计，更加简便易得。本发明气泡声学超材料的单层结构单元就可以达到低频隔声效果，也可以是单层结构或多层结构的周期性排列或组装，以满足现场实际的尺寸要求，提高了布置效率和整体稳定性，可广泛应用于船舶中的工程和设备等领域。

技术领域

本发明属于声学超材料技术领域，具体涉及一种用于低频噪声控制的气泡声学超材料。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，对发动机、预警机、大型高速公路、船舶以及汽车等行业的噪声控制需求越来越高。传统的吸声和隔声技术只能对高频噪声进行消除，而低频噪声则由于其透身能力强和传播距离远的特点，很难实现控制。传统隔声材料遵循质量作用定律，一般是通过增加材料的面密度实现对低频噪声的隔离，而这在很多场合是不适用的。

声学超材料是一种通过人工结构设计的具有负等效特性的周期性亚波长的复合材料或结构，其突破了质量作用定律的限制，引起了广大研究者的关注。由于其具有稳定的物理性质被广泛地应用于低频减震降噪技术中，比如薄膜型声学超材料在低频范围内表现出良好的隔声性能，但薄膜型声学超材料一般需要加质量块才能实现隔声效果，具有一定的局限性。

发明内容

为解决目前船舶领域低频噪声难以有效隔离的问题，本发明设计了一种气泡声学超材料，该气泡声学超材料可以实现低频范围内良好的隔声效果。

本发明的气泡声学超材料是基于超材料的概念，利用气泡的可压缩性，通过一种特殊的框架结构将气泡稳定地固定在水中，并可通过设计调节框架结构来控制气泡的大小，间隔和总数，使得其应用在水下隔音领域中。

一种气泡声学超材料，其结构单元由具有周期性结构的框架结构和填充介质构成。

根据本发明，所述结构单元是由具有周期性结构的气泡膜填充介质后密封而形成。

根据本发明，所述结构单元为经过3D打印的框架结构浸泡到填充介质中而形成。

更进一步地，可将多层结构单元进行层层堆叠形成一个器件，以满足不同环境下的隔声需求。

根据本发明，所述气泡膜的材质为聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙、醋酸纤维素或聚酰亚胺，气泡膜的厚度和预应力可根据实际需求进行设置。

根据本发明，所述气泡膜的气泡形状为圆形、方形、三角形、六边形、五边形、任意多边形、蜂窝状或椭圆形。

根据本发明，所述气泡膜中的气泡为四方排列或六方排列。

根据本发明，所述气泡膜的气泡为独立或联通。

根据本发明，所述气泡膜中气泡间距为0.1cm～10cm。

更进一步地，所述气泡膜中气泡间距为0.1cm～5cm。

根据本发明，所述填充介质是常态下为液体的物质。

更进一步地，所述填充介质为水、甘油、硅油、乙醇、氯化钠水溶液、聚乙烯醇水溶液或聚丙烯酸钠水溶液。

根据本发明，所述每平方分米气泡膜上气泡个数＞1个。

更进一步地，所述每平方分米气泡膜上气泡个数为2～50个。

根据本发明，所述层数≥1层。

更进一步地，所述层数为1～10层。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：