夹层声学结构、声学部件、其制备方法以及吸声装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种夹层声学结构、声学部件、制备夹层声学结构和声学部件的方法以及复合声学部件。夹层声学结构包括：至少两个柔性的第一可伸缩膜以及夹在相邻的两个第一可伸缩膜之间的可伸缩三维结构芯层，其中所述可伸缩三维结构芯层以及所述第一可伸缩膜均包含由多个分隔重复单元形成的折叠图案。所述可伸缩三维结构芯层具有第二几何参数，所述第一可伸缩膜具有第一几何参数，所述第一几何参数和第二几何参数被构造为相互配合，使得可伸缩三维结构芯层与第一可伸缩膜能够整体收缩和展开，其中当所述第一可伸缩膜完全展开后为平膜状态，并且所述可伸缩三维结构芯层保持为三维结构。结构。结构。

【技术实现步骤摘要】
夹层声学结构、声学部件、其制备方法以及吸声装置


[0001]本专利技术涉及声学领域，尤其涉及适用于防噪、吸声的夹层声学结构、声学部件、其制备方法以及吸声装置以及它们的应用。

技术介绍

[0002]随着城市化进程的加快和交通的快速发展，由工业机械、民用建筑、多元化车辆等多种来源产生的噪声污染
[1]，已经成为世界上最严重的环境问题之一，对人类的健康和生活质量产生了重大影响。长期暴露在噪声环境中会损害人的中枢神经系统，导致各种疾病，如动脉高血压、心肌梗塞、中风等，这逐渐唤醒了人类对噪声危害的认识，激励着人类去探索解决这一严重的环境问题。
[0003]为了减少噪声污染，消除噪声对人类的影响，吸声材料逐渐成为焦点并被人们广泛研究和探索。目前，对吸声材料的研究主要集中在泡沫和纤维材料上，与亥姆霍兹共振器结构化穿孔板等常规材料相比
[2
‑
5]，这些材料成本低、吸声系数高、重量轻，是控制建筑和交通领域噪声的理想材料。对于泡沫来说，吹塑聚合工艺和混合掺杂后的模板去除工艺是在各种基体材料中制造小孔和空腔的两种常见方法
[6
‑
8]。然而，相对较大的孔径和复杂的合成方法以及难以控制的条件限制了多孔材料的发展，人们不得不牺牲轻和薄的特性来实现其更好的吸音效果。为了解决这些问题，纤维材料逐渐进入研究视野，并满足了工业需求，因为它们重量轻，比表面积大，大大增强了对声能的耗散作用。聚丙烯腈材料
[9]就曾被利用电纺丝技术制造出了纳米纤维膜用以吸声作用，在背腔为10mm条件下其吸声系数高达0.6，增强了商用吸声材料的吸声性能。之后，少层石墨烯材料被分散到聚偏二氟乙烯溶液中，将其电纺形成纳米纤维膜，从而实现了压电性的改善和吸声效果的增强
[10]。尽管电纺丝技术和纳米纤维可以使吸声材料更轻更薄，但它通常是平面二维薄膜，并需要与其他材料结合以达到最大的吸声效果，这大大限制了电纺丝纳米纤维在吸声方面的应用。
[0004]因此，制造具有高吸声系数(SAC)和超轻性能的材料仍然是一个根本挑战。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供了一种兼具超轻性能和高吸声性能的可压缩展开的新材料和新结构以及它们的制备方法，包括具有超结构或超材料的夹层声学结构、声学部件、其制备方法以及复合声学装置以及它们的应用。
[0006]具体来说，本专利技术提供了下列内容：
[0007]1.一种夹层声学结构，其特征在于包括：
[0008]至少两个柔性的第一可伸缩膜，以及
[0009]夹在相邻的两个第一可伸缩膜的第一可伸缩膜之间的可伸缩三维结构芯层，
[0010]其中所述可伸缩三维结构芯层以及所述第一可伸缩膜均包含由多个分隔重复单元形成的折叠图案；以及
[0011]其中所述可伸缩三维结构芯层具有第二几何参数，所述第一可伸缩膜具有第一几
何参数，所述第一几何参数和第二几何参数被构造为相互配合，使得可伸缩三维结构芯层与所述第一可伸缩膜能够整体收缩和展开。
[0012]其中，夹层声学结构的特征在于所述折叠图案选自剪纸图案、折纸图案、霍夫曼网格图案、Barreto之星图案、Yoshimura图案以及四边形网格图案中的至少一者，优选日本剪纸图案，日本折纸图案、中国剪纸图案中的至少一者，更优选Origami或Kirigami折叠图案。其特征在于所述折叠图案包含多个分隔的平行四边形，其中每个平行四边形具有相同的边长和内角。
[0013]2.一种可压缩展开薄膜材料的制备方法，其特征在于包括：
[0014]所述第一可伸缩膜和/或所述可伸缩三维结构芯层包含纤维素、木材、聚乙烯醇、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选纤维素、木材以及聚乙烯醇中的至少一者。利用聚合物原料溶液进行静电纺丝，从而获得柔性纳米纤维膜，任选地，电纺丝的时间为4
‑
24小时，并且所述柔性纳米纤维膜的厚度为15
‑
165微米，孔隙率为80％到95％，平均密度为0.073g/cm3，纳米纤维的平均直径为268nm。
[0015]其中，提供第一可伸缩膜与可伸缩三维结构芯层的步骤包括利用3D打印塑料模具压制所述柔性纳米纤维膜，从而形成第一可伸缩膜或可伸缩三维结构芯层，任选地，所述方法还包括在形成第一可伸缩膜或可伸缩三维结构芯层后，用刀片将可伸缩三维结构芯层裁减为所需形状。
[0016]其中，所述的3D打印塑料模具，其特征在于所述塑料模具为上下完全配合的阴阳模具，其结构为具有平行四边形重复单元的折纸结构。其几何参数包括在第一方向上相邻的两平行四边形之间的夹角γ，用于控制可伸缩三维结构芯层在第一方向上的伸缩状况；在与第一方向不同的第二方向上相邻两平行四边形面的夹角θ，控制可伸缩三维结构芯层在第二方向上的伸缩状况；平行四边形两边长度a和b以及两边的夹角α。其中γ在大于5度且小于180度的范围内，θ在大于5度且小于180度的范围内，并且边长在0.1
‑
20mm的范围，优选在1
‑
8mm的范围内。
[0017]压制后的第一可伸缩膜和可伸缩三维结构芯层与其对应模具具有相同几何参数，其特征在于可伸缩三维结构芯层的几何参数包括平行四边形的第一边长b
B
，第二边长a
B
以及第一边长和第二边长的夹角α
B
。第一可伸缩膜的几何参数包括平行四边形的第一边长b
A
，第二边长a
A
以及第一边长b
A
和第二边长a
A
的夹角α
A
。并需满足配合关系：b
A
＝b
B
,cosα
B
/cosα
A
＝a
A
/a
B
以实现两种薄膜可共同压缩与展开的功能。而当此结构整体完全展开后，第一可伸缩膜为平膜状态，所述可伸缩三维结构芯层保持为三维结构，此时可用以吸收声音。
[0018]3.一种背腔支架声学部件，其特征在于包括：
[0019]壁厚为0.5mm，上下面开放的中空圆柱，背腔支架的高度为大于0mm到100mm，优选为10
‑
30mm。
[0020]4.一种吸声装置，其特征在于：
[0021]提供至少两个柔性的第一可伸缩膜，与至少一个可伸缩三维芯层，根据下列配合关系进行夹层配合；
[0022]提供至少一个背腔支架，其中所述夹层配合结构完全展开后(第一可伸缩膜变为平膜)固定于所述背腔支架的至少一个开放侧。
[0023]所述配合关系为：压制后的第一可伸缩膜和可伸缩三维结构芯层与其对应模具具
有相同几何参数，可伸缩三维结构芯层的几何参数包括平行四边形的第一边长b
B
，第二边长a
B
以及第一边长和第二边长的夹角α
B
。第一可伸缩膜的几何参数包括平行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种夹层声学结构，其特征在于包括：至少两个柔性的第一可伸缩膜，以及夹在相邻的两个第一可伸缩膜的第一可伸缩膜之间的可伸缩三维结构芯层，其中所述可伸缩三维结构芯层以及所述第一可伸缩膜均包含由多个分隔重复单元形成的折叠图案；以及其中所述可伸缩三维结构芯层具有第二几何参数，所述第一可伸缩膜具有第一几何参数，所述第一几何参数和第二几何参数被构造为相互配合，使得可伸缩三维结构芯层与所述第一可伸缩膜能够整体收缩和展开。2.根据权利要求1所述的夹层声学结构，其特征在于所述折叠图案选自剪纸图案、折纸图案、霍夫曼网格图案、Barreto之星图案、Yoshimura图案以及四边形网格图案中的至少一者，优选日本剪纸图案，日本折纸图案、中国剪纸图案中的至少一者，更优选Origami或Kirigami折叠图案。3.根据权利要求2中任意一项所述的夹层声学结构，其特征在于所述折叠图案包含多个分隔的平行四边形，其中每个平行四边形具有相同的边长和内角。4.根据权利要求3中任意一项所述的夹层声学结构，其特征在于所述第一可伸缩膜和/或所述可伸缩三维结构芯层包含纤维素、木材、聚乙烯醇、聚对二甲苯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚氨酯以及有机硅树脂中的至少一者，优选纤维素、木材以及聚乙烯醇中的至少一者。5.一种制备夹层声学结构的方法，其特征在于利用聚合物原料溶液进行静电纺丝，从而获得柔性纳米纤维膜，任选地，电纺丝的时间为4
‑
24小时，并且所述柔性纳米纤维膜的厚度为15
‑
165微米，孔隙率为80％到95％，平均密度为0.073g/cm3，纳米纤维的平均直径为268nm。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于提供第一可伸缩膜与可伸缩三维结构芯层的步骤包括利用3D打印塑料模具压制所述柔性纳米纤维膜，从而形成第一可伸缩膜或可伸缩三维结构芯层，任选地，所述方法还包括在形成第一可伸缩膜或可伸缩三维结构芯层后，用刀片将可伸缩三维结构芯层裁减为所需形状。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述塑料模具为上下完全配合的阴阳模具，其结构为具有平行四边形重复单元的折纸结构。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于几何参数还包括在第一方向上相邻的两平行四边形之间的夹角γ，用于控制可伸缩三维结构芯层在第一方向上的伸缩状况；在与第一方向不同的第二方向上相邻两平行四边...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宏宇，王奕昕，陈星如，
申请(专利权)人：香港科技大学，
类型：发明
国别省市：