声学超构材料技术实用化的进展

《中国材料进展》

声学超构材料专栏

特约编辑：南京大学 卢明辉教授 和 

西安交通大学 王兆宏教授共同担任特约编辑

相较于传统声学材料，声学超构材料具有奇异的声学参数、可设计性、可拓展性强、低频性能优越、质量密度低、厚度薄、尺寸小等一系列突出优点，能够突破传统声学材料的物理极限，为解决低频振动与噪声控制、轻量化设计等难点和痛点问题提供新思路。该专栏围绕空气声超构材料、超构表面、水声超构材料的声波调控等多个方向进行了相关探讨展望。

声学超构材料技术实用化的进展

刘乐^1,2, 黄唯纯^1,2,钟雨豪¹, 赵涵¹, 解龙翔^1,2,颜学俊^1,2,卢明辉^1,2, 陈延峰^1,2

1. 南京大学材料科学与工程系固体微结构物理国家重点实验室  现代工程与应用科学学院, 江苏 南京 210093

2. 南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心, 江苏 南京 210093

摘 要: 声学超构材料是当前声学和材料学一个热门的研究领域。声学超构材料可定义为: 通过对材料在特征物理尺度上进行人工设计制备，使其具有超越常规材料的声学性能的一种人工序构的复合材料。其亚波长特性、超常声学性能以及颠覆性应用的可能吸引了学界和工程界的关注。21 世纪以来，随着增材制造技术的发展，声学超构材料的实验室加工与制备问题得以解决，然而，声学超构材料的工程应用仍然面临着批量制造困难、使用场景不明、生产成本高昂等方面的严峻挑战。本文介绍了各类常见的声学超构材料及其研究现状，讨论各类声学超构材料实用化面临的困难和挑战，简述了声学超构材料研究和实验的最新方法，最后展望了未来声学超构材料实用化研究的方向。

关键词: 超构材料; 声学材料; 吸声超构材料; 隔声超构材料; 水声超构材料; 声学黑洞

中图分类号: TB34 

文献标识码: A 

文章编号: 1674-3962(2021)01-0057-12

创新研究

本文通过对吸声、隔声、水声超构材料以及声学黑洞等不同功能和原理的声学超构材料及相关研究实例的简要介绍，讨论了各类声学超构材料的巨大应用潜力和相关实用化研究所面临的机遇和挑战。

在此基础之上，结合我国新时期建设发展的实际需求，在此探讨、展望未来5至10年声学超构材料实用化研究的方向。在功能层面，声学超构材料能够复合更多的实用功能。在应用层面，可以利用声学超构材料不完全依赖材料本体特性的属性，发展适用于低频、超低频、高流速、高低温、高低压等极端工况和面向极端使役条件的声学材料。在设计层面，依托最新发展的超级计算、云计算等高速计算技术，已经能够对声学超构材料功能基元及其序构进行比较精细化的模拟仿真。通过足够的经验数据的积累，在此基础上通过机器学习和人工智能的算法，突破传统设计方法的限制来设计声学超构材料，真正实现声学材料从微结构到生产制备工艺的全链路正向设计，最终实现依据目标性能的逆向设计。

文章指出，面向未来，在继续对拓扑声学、PT对称性等前沿进行攻关，发现新功能、突破极限性能的基础上，声学超构材料必须向工程化、实用化转变，解决和突破现有材料在声学工程中碰到的难题和瓶颈问题，以期在工业、国防和民生领域发挥重要作用。

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文章来源于中国材料进展（ISSN:1674-3962/CN:61-1473/TG)卷：40 期数：2021年第01期 页码：057-68 请点击阅读原文参考论文原篇。