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新书上市丨《多孔介质中的声传播：吸声材料的建模》
一种新的基于激光的技术可以加快发现有前景的超材料，用于现实世界的应用。激光诱导谐振声谱学（LIRAS）技术可以加快声学透镜、抗冲击薄膜和其他未来材料的发展。这项新技术首次为动态表征微尺度超材料提供了一种安全、可靠和高通量的方法。
这项技术由麻省理工学院的科研团队开发，通过两个激光器系统探测超材料：一个用于快速撞击结构，另一个用于测量结构响应时的振动方式，就像用木槌敲钟并记录其混响一样。与木槌相比，激光不进行物理接触；然而，它们可以在超材料的微小梁和支柱上产生振动，就好像结构被物理撞击、拉伸或剪切一样。
超材料振动的激光诱导激发和探测。新技术使用激光安全地扫描超材料的微观塔，诱发振动，然后用第二道激光捕捉振动并进行分析，从而推断出结构的动态特性，例如对冲击的响应刚度。
然后，工程师们可以使用由此产生的振动来计算材料的各种动态特性，例如它将如何应对冲击，以及它将如何吸收或反射声音。利用超快激光脉冲，他们可以在几分钟内激发和测量数百个微型结构。
这项新技术首次为动态表征微尺度超材料提供了一种安全、可靠和高通量的方法。
传统上，对超材料的测试主要依赖于3D打印，使用快固化的塑料。然而，这些塑料容易变脆、易于开裂，并在弯曲时失去形状。为了克服这些限制，麻省理工科研团队与美国初创公司Inkbit合作，发明了一种新的3D打印技术，可以使用慢固化的塑料，如硫化物和环氧树脂。这些塑料具有卓越的弹性和耐久性，更适合组合软硬两种材料。这一新技术的关键是一种3D激光扫描仪，用于扫描每一层打印出的结构，检测任何不规则，并相应地调整要打印的材料数量。与传统的刮刀平整表面的方法不同，这种技术无需刮刀，避免了对慢固化塑料的损害。以激光超声技术测试超材料，团队使用调谐到超声频率的短激光脉冲，无需接触即可探测对象，例如金薄膜。由此产生的超声波使物体振动，科学家可以利用这一振动频率确定物体的纳米级厚度，同时还可用于检测缺陷。该团队通过在芯片上打印数百个微小塔楼，并使用激光脉冲诱导振动，测量其响应，成功测试了他们的设置。通过比较具有缺陷的塔楼和无缺陷塔楼的振动特征，团队还能够扫描塔楼的缺陷。
这张图像显示了聚合物超材料样品的电子显微镜照片，样品宽约50微米，高约为人类头发宽度的两倍，其特性是通过LIRAS技术确定的。泵浦和探测激光器对准平顶，以在整个样品中引起振动。
这张光学显微照片显示了反射基底上的一组微观超材料样品。激光脉冲以数字方式添加，描绘了泵（红色）和探针（绿色）脉冲对中心样本的诊断。LIRAS技术在几分钟内扫描基板上的所有样品。
麻省理工科研团队的这一激光诱导谐振声谱学技术为超材料领域带来了创新，为超材料的设计、测试和应用提供了新的可能性。通过采用慢固化塑料，该技术能够克服传统塑料的脆弱性和失真问题，从而更好地模拟超材料在实际应用中的行为。这不仅为超材料的科学研究提供了更准确的工具，也为其在现实世界中的广泛应用铺平了道路。激光超声技术的创新应用，特别是在扫描缺陷和调整打印过程中的实时反馈方面，使得这一技术更为高效和可靠。
总体而言，麻省理工学院的LIRAS技术代表了科学家们在突破技术瓶颈、拓展材料科学边界方面的努力。这一技术的成功实现为超材料研究和应用领域带来了崭新的可能性，为未来的材料创新和工程设计提供了更为广阔的发展空间。
此项研究成果已发表在《自然》期刊，通过阅读原文查看此项研究成果。
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