杜克大學(xué)的研究人員設(shè)計出了一種纖薄的工程材料，可以接近完美的效率控制聲波使其重定向和反射。這種新材料設(shè)計首次演示這種完美效率的聲波控制，并且材料可以使用利用3D打印技術(shù)制成。

    雖然在理論層面，制造這種超材料設(shè)備的方法早已被提出，但這些方法既沒有在理論層面對聲音傳輸和反射同時實現(xiàn)精確控制，也不能通過實驗來實現(xiàn)。不過，最近的這項研究設(shè)計并測試了這樣一種裝置-采用經(jīng)過精確工程設(shè)計的超材料表面，能夠同時控制入射聲波的傳播和反射。

    使用纖薄結(jié)構(gòu)來控制聲波并不是什么新鮮事，但是僅僅控制傳輸和反射階段的常用方法會導(dǎo)致一些聲波能量的丟失。然而，根據(jù)科研人員發(fā)表在《自然通訊》上的論文描述，通過設(shè)計和控制結(jié)構(gòu)兩側(cè)的波阻抗，有可能實現(xiàn)在沒有能量損失的情況下完美地控制聲波的傳輸和反射。

    新設(shè)計的裝置使用超材料制成，利用超材料的微結(jié)構(gòu)可以控制諸如光和聲音之類的波。超材料結(jié)構(gòu)是利用3D打印塑料制成的，利用該設(shè)備的特殊形狀產(chǎn)生的性能可控制聲波，同時超材料還可以縮放和修改幾乎任何波長的聲波。它由四排空心柱組成，每列空心柱之間都有一個約半英寸左右的狹窄開口。研究人員演示了這款設(shè)備如何通過每一列之間的通道寬度以及每一列內(nèi)腔的大小來控制聲音。根據(jù)每個空心柱塑料填充量的不同，每一列產(chǎn)生不同的頻率。

    當(dāng)聲波穿過它時，設(shè)備中的每個諧振腔都以特定的頻率產(chǎn)生諧振。振動不僅對聲波傳播速度產(chǎn)生影響，而且還與相鄰的空心柱相互作用，控制傳播和反射。此外，振動列不僅與聲波相互作用，而且與周圍的空心柱相互作用。

    該團隊現(xiàn)在正在尋求將他們的想法應(yīng)用到更奇特的聲音控制形式中，包括在聲納等應(yīng)用中操縱聲波。據(jù)報道，這種結(jié)構(gòu)可以將直線傳播的3000赫茲聲波，重新定向因?qū)е乱?0度入射角傳播，效率約為96%，遠高于此前類似設(shè)備的60%，接近完美。

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