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声电复合超材料:实现隔声与各向异性电磁调控的新方法

日期:2019-08-26

超材料是一种由亚波长单元结构经周期或非周期排布构成的特殊人造材料,具有一些自然界中材料所不具备的特异性物理响应特性,在信息、物理等领域受到广泛关注。然而,目前的研究大多局限于超材料对单一物理场的调控,如电磁场、静电场、声场等,而对于多物理场调控则鲜有提及。为了探索电磁场与声场复合调控的可行性,本文提出了一种新型超材料,通过将典型双薄膜型隔声结构与数字编码超材料有机结合,最终在实现优异降噪性能的同时,对不同极化入射电磁波的散射特性可进行独立的控制,具有很高的工程应用价值。

近期,东南大学信息科学与工程学院程强教授、崔铁军教授及其研究团队,通过简洁合理的结构设计,实现了一种具有隔声降噪与各向异性电磁调控功能的超材料。该双功能超材料采用双层PET薄膜结构,并在上下两层PET上分别镀上了ITO薄膜。其中下层ITO薄膜充当电磁屏蔽地,而上层ITO薄膜刻蚀了周期性十字型亚波长单元阵列,通过调整该单元在两个垂直方向上的相对长度,实现了两种极化电磁波的不同响应。为进一步减少设计的复杂度,他们借鉴了编码超材料技术,利用四种编码单元的组合,实现了不同极化波的散射方向图控制。同时,上下两层PET薄膜通过FR-4方环框架相连接,形成经典的双薄膜型隔声单元,达到隔声降噪的效果。仿真及实验结果显示,该超材料具有良好的双物理场调控功能,为后续的工程应用提供了重要的参考。