泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料及其制备方法，该声学超材料包括泡沫铝质的基体和设置于基体内并位于基体一侧的亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器的颈部延伸至所述基体的表面。采用渗流铸造法制备：S1，在模具中用水溶性的第一占位体铺设第一占位体层；S2，铺设水溶性的实心的亥姆霍兹共振器占位体；S3，在颈部周围铺设所述第一占位体；S4，将熔融的铝液通过加压的方式自上而下压入模具中，冷却后取出样品，用水去除样品中的第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体，得到所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料。本发明专利技术的声学超材料耦合了泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器，其结构简单、性能优异，并且易于制备，能够很好的运用于实际中。很好的运用于实际中。很好的运用于实际中。

【技术实现步骤摘要】
泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于声学领域，具体涉及泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，噪声污染是当今主要环境污染之一。但1000Hz以下的低频噪声，由于波长较长，难以在传播中衰减，又因质量定律的限制，传统的吸声材料难以对其进行有效地隔离、吸收，造成吸声系数偏低、吸声频带范围较窄的现象。而声学超材料以其独特的性能，能够大幅度提高基体的吸声性能及吸声频带范围，但现有的声学超材料存在结构复杂，实际制备难度高，加工工艺复杂。现有的声学超材料模型由于其设计理念复杂，组合结构复杂等因素导致很难制备实体结构而限制其在吸声降噪领域的应用。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料及其制备方法，本专利技术的声学超材料耦合了泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器，其结构简单、性能优异，并且易于制备，能够很好的运用于实际中。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料，包括基体和设置于基体内并位于基体一侧的亥姆霍兹共振器，亥姆霍兹共振器的颈部延伸至所述基体的表面，所述基体为泡沫铝质的基体。
[0006]优选的，亥姆霍兹共振器的空腔的直径为2.9～3.1mm，亥姆霍兹共振器的颈口直径为0.9～1.1mm，亥姆霍兹共振器的颈部的长度为1.9～2.1mm，基体的孔隙率为78.12％～92.15％，泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料的总厚度为8.9～11.5mm。
[0007]优选的，所述基体上均匀分布多个所述亥姆霍兹共振器。
[0008]优选的，亥姆霍兹共振器的颈部垂直于基体的表面。
[0009]优选的，所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料吸声系数为0.8～1.0。
[0010]制备本专利技术如上所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料的方法，包括如下过程：
[0011]采用渗流铸造法制备所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料；
[0012]渗流铸造的过程包括如下步骤：
[0013]S1，在模具中用水溶性的第一占位体铺设第一占位体层；
[0014]S2，在第一占位体层上面铺设水溶性的实心的亥姆霍兹共振器占位体；
[0015]S3，在亥姆霍兹共振器占位体的颈部周围铺设所述第一占位体；
[0016]S4，将熔融的铝液通过加压的方式自上而下压入模具中，冷却后取出样品，用水去除样品中的第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体，得到所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料。
[0017]优选的，第一占位体采用氧化钠、氯化钠、氯化钙和硫酸钙中的一种；亥姆霍兹共振器占位体采用氧化钠、氯化钠、氯化钙和硫酸钙中的一种。
[0018]优选的，所述方法还包括对第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体的预处理过程，预处理过程包括使第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体中的自由水和/或结晶水去除的过程；
[0019]将经过所述预处理后的第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体用于渗流铸造的过程。
[0020]优选的，亥姆霍兹共振器占位体采用氯化钠和氯化钙制备而成，其中氯化钠质量含量为44.95％～45.12％，氯化钙质量含量为54.88％～55.05％；
[0021]泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料吸声系数α如下：
[0022][0023]其中，x为氯化钠的质量含量百分比，y为氯化钙的质量含量百分比，r为亥姆霍兹共振器空腔的直径，r1为亥姆霍兹共振器颈部直径，l为亥姆霍兹共振器颈部长度。
[0024]优选的，泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料吸声系数α满足如下关系：
[0025][0026]其中，d1为第一占位体层的厚度，d2为亥姆霍兹共振器的高度，为第一占位体的体积。
[0027]本专利技术具有如下有益效果：
[0028]本专利技术的泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料既具有亥姆霍兹共振器结构，又有泡沫铝的结构，因此具有良好的吸声效果以及较小的密度，同时由于设置了亥姆霍兹共振器，利用其吸声的优势，相对于单一的泡沫铝吸声结构，能够大大降低整体的厚度。
[0029]本专利技术泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料的制备方法中，采用渗流铸造法制备，其制备过程简单，能够制备出复杂的形状以及预设孔隙率、预设尺寸亥姆霍兹共振器的声学超材料；同时，第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体均是水溶性的，因此在渗流铸造完成后，可通过水洗的方式将第一占位体和亥姆霍兹共振器占位体去除，释放出被占空间，从而得到最终的泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料。
附图说明
[0030]图1为本专利技术中采用渗流铸造工艺方法示意图；
[0031]图2(a)为本专利技术中模具中填料粒子所形成占位体的示意图；图2(b)为本专利技术声学超材料的结构示意图；
[0032]图3为本专利技术采用的加压渗流铸造法原理图；
[0033]图4为本专利技术实施例中吸声超材料的低频吸声系数曲线图；
[0034]图5为本专利技术实施例1中吸声超材料的中高频吸声系数曲线图；
[0035]图6为本专利技术实施例1中吸声超材料与泡沫铝在低频时吸声系数对比图；
[0036]图7为本专利技术实施例1中吸声超材料与泡沫铝在中高频时吸声系数对比图；
[0037]图8为本专利技术实施例2中孔隙率和亥姆霍兹共振器占位体中吸声超材料与泡沫铝
在低频时吸声系数对比图；
[0038]图9为本专利技术实施例3中孔隙率和亥姆霍兹共振器占位体中吸声超材料与泡沫铝在低频时吸声系数对比图；。
[0039]图中，1
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占位体，2
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金属，3
‑
孔隙，4
‑
氯化钠和氯化钙填料粒子，5
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氧化钠填料粒子，6
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压头，7
‑
溶液，8
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粒子层，9
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亥姆霍兹共振器，10
‑
泡沫铝。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和实例对本专利技术进一步说明。
[0041]本专利技术采用一种新型的金属基多孔功能性材料泡沫铝作为基体材料，设计了一种泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料。特定的亥姆霍兹共振器排列和传播通道可以在共振频率附近实现负弹性模量，从而与泡沫铝基体形成吸声超材料，提高泡沫铝基体在低频时的吸声性能及吸声频带范围。该声学超材料容易加工，结构简单，使用寿命长，对使用环境要求低，并且性能优异，可以很好的运用于实际生活中。
[0042]具体的，本专利技术制备所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料的过程包括如下步骤：
[0043]步骤1：制备所需的占位体，以图2(a)和图2(b)所示，由于该声学超材料下层为正常的泡沫结构，上层为具有亥姆霍兹共振器的结构。采用渗流铸造法制备，在制备所需的占位体时，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料，其特征在于，包括基体和设置于基体内并位于基体一侧的亥姆霍兹共振器(9)，亥姆霍兹共振器(9)的颈部延伸至所述基体的表面，所述基体为泡沫铝质的基体。2.根据权利要求1所述的泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料，其特征在于，亥姆霍兹共振器(9)的空腔的直径为2.9～3.1mm，亥姆霍兹共振器(9)的颈口直径为0.9～1.1mm，亥姆霍兹共振器(9)的颈部的长度为1.9～2.1mm，基体的孔隙率为78.12％～92.15％，泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料的总厚度为8.9～11.5mm。3.根据权利要求1所述的泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料，其特征在于，所述基体上均匀分布多个所述亥姆霍兹共振器(9)。4.根据权利要求1所述的泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料，其特征在于，亥姆霍兹共振器(9)的颈部垂直于基体的表面。5.根据权利要求1所述的泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料，其特征在于，所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料吸声系数为0.8～1.0。6.制备权利要求1
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5任意一项所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料的方法，其特征在于，包括如下过程：采用渗流铸造法制备所述泡沫铝耦合亥姆霍兹共振器的声学超材料；渗流铸造的过程包括如下步骤：S1，在模具中用水溶性的第一占位体铺设第一占位体层；S2，在第一占位体层上面铺设水溶性的实心的亥姆霍兹共振...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁李斯，郭文龙，李林波，张宇，米嘉毓，马洪月，张自恒，弥晗，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：