【摘要】：聲學(xué)超表面具備平面、超薄等獨(dú)特物理特性及對聲波的靈活調(diào)控能力,在降噪隔振、隱身技術(shù)、非接觸操控物體等諸多聲學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。帶有超疏水特性的聲學(xué)超表面,其聲學(xué)調(diào)控性能和機(jī)理尚無研究報(bào)道。本文基于激光刻蝕制備技術(shù),設(shè)計(jì)并制備了一種十字型微溝槽的超疏水聲學(xué)超表面,通過自主搭建平臺測試了其水下聲學(xué)傳播性能。主要研究工作包括:1、利用紫外激光器在玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)表面刻蝕十字溝槽圖案,然后用三甲氧基甲硅烷進(jìn)行旋涂,在170°加熱30分鐘,得到聲波超吸收的超疏水結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果表明,GFRP超疏水聲學(xué)超表面在頻率為50kHz到250kHz的范圍內(nèi)對聲波的吸收系數(shù)達(dá)到88%以上,分析其物理機(jī)制主要是水與超疏水微觀結(jié)構(gòu)之間空氣層誘導(dǎo)的多重界面散射效應(yīng)。2、設(shè)計(jì)了一種由固定在鋁板上的薄膜和附著在其上表面的銅質(zhì)量塊組成的膜共振結(jié)構(gòu)聲學(xué)超表面。采用不同的激光刻蝕間距后,經(jīng)過化學(xué)改性得到具有不同超疏水/親水的銅表面,產(chǎn)生不同的附著力表面。測試結(jié)果表明,銅表面的附著力越大,膜共振結(jié)構(gòu)的透射系數(shù)越大。通過改變銅塊的表面潤濕性,可以實(shí)現(xiàn)對其水下振蕩模式的進(jìn)一步調(diào)制。本文研究成果展示了激光制備圖形化超疏水聲學(xué)超表面在水下聲學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,為水下聲學(xué)超材料的工程應(yīng)用提供一條新的技術(shù)途徑。
【學(xué)位授予單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB56;O647.5
【圖文】：

溫州大學(xué)碩士論文等[9]設(shè)計(jì)的亥姆霍茲諧振器實(shí)現(xiàn)了聲能量非對稱傳輸效應(yīng)的新方入射時(shí)，由于梯度相位的調(diào)制，透射聲波按照設(shè)定的角度出射，形(圖 1-2(a)左側(cè))。在反向入射的情況下，透射聲波為倏逝波無法傳結(jié)構(gòu)中能量密度急劇增加，在無損耗的情況下，最終以高階衍射模引入合適的粘滯耗散，加上超構(gòu)表面結(jié)構(gòu)中的高能量密度，可使得的能量大大耗散，最終導(dǎo)致聲學(xué)截止態(tài)(圖 1-2(a)右側(cè))。實(shí)驗(yàn)中采 1-2(b)下半部分所示，從實(shí)驗(yàn)測量的正向和反向聲壓和聲強(qiáng)對比可耗型超構(gòu)表面實(shí)現(xiàn)了聲能量的非對稱傳輸。基于損耗機(jī)理的超構(gòu)表單、亞波長厚度、平面特性以及可通過旋轉(zhuǎn)樣品調(diào)控透射性質(zhì)等材料和超表面的設(shè)計(jì)提供了全新的方向，有望實(shí)現(xiàn)一系列新的聲學(xué)控方式。

溫州大學(xué)碩士論文。一個(gè)剛性的質(zhì)量塊附著在膜的中心，它的質(zhì)量是由理想的共振頻率設(shè)定的 1-3（a）所示。對于被周圍硬邊框所固定的彈性薄膜，由于薄膜具有很小模量，因此可以通過在薄膜的中央放置一個(gè)小的質(zhì)量塊來調(diào)整振蕩模式的率。在圖 1-3（b）中的兩個(gè)本征頻率處幾乎實(shí)現(xiàn)了完全透射，但在這兩個(gè)率之間的某個(gè)頻率處，透射系數(shù)幾乎為零，入射的聲波幾乎完全被反射，時(shí)整個(gè)薄膜面內(nèi)的平均法向位移為零，如圖 1-3（d）所示。通過有限元數(shù)的方法，也發(fā)現(xiàn)在平均法向位移為零的頻率附近，薄膜的動態(tài)質(zhì)量密度是

溫州大學(xué)碩士論文經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)，要想獲得性能優(yōu)異的超疏水表面，必須要具有兩個(gè)是材料表面有一定的粗糙結(jié)構(gòu)；另一個(gè)是材料表面具有低的表面?zhèn)涑杷砻嬉话阌袃煞N方法：一種是在低表面的材料上構(gòu)造粗糙結(jié)疏水表面；另一種是在材料表面構(gòu)造粗糙表面，然后使用低表面能的修在材料表面降低材料的表面能獲得超疏水表面。超疏水的狀態(tài)也分為兩種，如圖 1-4 所示。一種是高粘附性的 Wenz超疏水表面，如圖 1-4（a）所示；一種是低粘附性的 Cassier-Baxter[13]水表面。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 湯玉斐;高淑雅;趙康;謝高偉;張恒;;靜電紡絲法制備超疏水/超親油SiO_2微納米纖維膜[J];人工晶體學(xué)報(bào);2014年04期

2 祝雪豐;梁彬;程建春;;聲超常材料與聲隱身斗篷[J];現(xiàn)代物理知識;2012年02期

3 田根林;余雁;王戈;程海濤;陸方;;竹材表面超疏水改性的初步研究[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 吳杰;靜電紡絲法制備微納結(jié)構(gòu)超疏水纖維膜[D];華南理工大學(xué);2016年

本文編號：2801392