3D設計打印的石膏基多孔超材料有著更顯著的吸聲效果

多孔材料通常用于噪音控制?？蒲腥藛T在不同多孔材料的吸聲特性方面已經(jīng)進行了許多研究。根據(jù)孔的互連性，多孔材料通常可分為開孔結構和閉孔結構。對多孔材料聲學應用的現(xiàn)有文獻表明，開孔結構具有更好的吸聲性能。

多孔材料也可以分類為天然多孔結構，例如海綿、毛氈等，以及通過不同制造方法生產(chǎn)的晶格結構，比如人工或超材料多孔結構?，F(xiàn)有的文獻還表明，許多關于多孔材料的聲學應用研究都是基于這些傳統(tǒng)的多孔結構。然而，近年來，隨著諸如3D打印技術的發(fā)展，超材料替代吸聲結構的研究成為新的發(fā)展趨勢。

眾所周知，影響多孔材料吸聲性能的最重要參數(shù)是流動阻力、曲折度和孔隙率。流動阻力是材料中氣流的阻力，它通過粘性作用吸收聲能；曲折度反映了聲波傳播到多孔材料的路徑的復雜性，聲波在多孔材料中彎曲的傳播路徑越多，吸聲率越高；孔隙率（＝Vg/Vt）定義為材料中多孔部分的體積（Vg）與總體積（Vt）的比率，高孔隙率使聲波能夠滲透到材料中。

好的多孔吸聲材料必須具有內部結構，以使聲波能夠穿入，傳播以達到吸收聲能的效果。換句話說，孔隙率、流動阻力和曲折度高是好的吸聲材料的特性。在這項研究中，我們使用3D打印技術設計了具有不同開孔結構的石膏基多孔超材料，并根據(jù)孔結構和孔隙率比較了它們的吸聲性能。

研究結果表明，與無孔隙參考樣品相比，3D設計打印的石膏基多孔超材料有更顯著的吸聲效果。研究還發(fā)現(xiàn)，有孔隙錯綜交叉的晶格結構的超材料比由獨立的圓柱孔隙組成的開孔結構具有更好的吸聲性能。對比三個孔隙錯綜交叉的開孔結構，具有八角形桁架晶格結構的超材料顯示出更高的吸聲性能。

數(shù)值計算的流動分析都支持了這一發(fā)現(xiàn)，在該流動分析中發(fā)現(xiàn)八角形桁架晶格結構具有較高的流動阻力和曲折度。另一方面，實驗和數(shù)值計算結果表明，骨骼、陀螺和八角形桁架晶格結構的吸聲行為隨著孔隙率的增加而變差。

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