CN113496693B - 一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构。本发明的吸声结构是用框架材料构建一定几何容积的封闭空腔，封闭前空腔内壁设有含水凝胶层，控制涂层厚度，得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，该吸声结构在1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的3倍以上。与现有技术相比，本发明具有如下优势：材料选择范围宽、声学性能调节余地大和制备工艺简单。

Description

一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构
技术领域
本发明属于声学材料领域,具体涉及一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构。
背景技术
在声学材料中，针对不同频率噪声的选择性吸收的设计问题一直是一个颇具挑战性的课题方向，吸引着不少学者致力于其研究。近年来，凝聚态声子晶体概念的提出，尤其是局域共振型声子晶体，其带隙机理突破了传统声学吸收中布拉格散射的机理限制,可实现“小尺寸吸收大波长”，从而打破声学吸收材料的技术瓶颈，摆脱了对材料品种的过度依赖，引发了声学超材料领域的一场革命。近几十年来，局域共振声子晶体成功地利用晶格常数小两个数量级的材料控制了声波的传播。许多基于局域共振的复杂声学超材料已经出现，包括具有周期性附加弹簧质量谐振器的局部共振薄板、声子玻璃、混合共振声膜、螺旋阵列超表面、亥姆霍兹波导腔和迷宫结构等。但声学共振模式较为单调，声学吸收峰较窄，目前聚焦于具有显著压致宽带化特点的声学超材料的研究较少。
陶猛等分析了静压条件对吸声覆盖层声学性能的影响，结果表明，静压作用于吸声覆盖层引起了腔体单元厚度减小和空腔半径缩小，使得吸声峰值向高频方向偏移【上海交通大学学报(自然版),2011,45(9):1340】，但未显示出明显的宽带化现象。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构。
本发明的目的可以通过以下方案来实现：
本发明提供了一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构，在框架材料构建的封闭空腔内壁设置有凝胶层。
作为本发明的一个实施方案，所述吸声结构在1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的3-10倍。
作为本发明的一个实施方案，所述框架材料的弹性模量为30～2000MPa。
作为本发明的一个实施方案，所述框架材料包括聚氨酯、聚酯、橡胶、ABS、尼龙、聚四氟乙烯和环氧树脂中的一种或几种。
作为本发明的一个实施方案，单个封闭空腔的几何容积为1～30mL。
作为本发明的一个实施方案，所述凝胶层的材料弹性模量为10～100kPa。
作为本发明的一个实施方案，所述凝胶层的材料包括透明质酸、琼脂、壳聚糖、明胶、海藻酸钠、纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、蚕丝蛋白和蛋清中的一种或几种的含水物。
作为本发明的一个实施方案，所述的含水物，其水含量为30～99.9％。含水量过大，影响凝胶形态的稳定性；太小则过硬、失去其声学调节性能。
作为本发明的一个实施方案，所述凝胶层的设置是通过刷涂、浸涂、喷涂、吸附和粘贴中的一种或几种方法实现的。
作为本发明的一个实施方案，所述凝胶层的层厚为10μm～5mm。层厚过厚，则影响凝胶形态的稳定性；过薄则失去其声学调节性能。
另一方面，本发明还提供了一种所述吸声结构在制备压致宽带化产品中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
1、材料选择范围宽、制备工艺简单；
2、可将声学吸收峰在很大的频谱范围内进行调节；
3、成本低廉。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1的吸声系数(α)曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进,包括各实例间的任意组合。
实施例1
以弹性模量100MPa的聚氨酯作为框架材料，构建圆柱形几何容积为10mL的封闭空腔，封闭前以含水量99.9％的琼脂作为凝胶材料，弹性模量10kPa，采用刷涂法将凝胶材料放置于空腔内壁，涂层厚度控制为100μm。得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量其对不同频率声波的吸声系数(α)曲线图，其1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的6.1倍(具体见附图1)。
实施例2
以弹性模量30MPa的橡胶作为框架材料，构建球形几何容积为1mL的封闭空腔，封闭前以含水量30％的聚乙烯醇作为凝胶材料，弹性模量100kPa，采用粘贴法将凝胶材料放置于空腔内壁，涂层厚度控制为5mm。得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量其对不同频率声波的吸声系数(α)，其1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的3.2倍。
实施例3
以弹性模量2000MPa的ABS作为框架材料，构建立方体几何容积为30mL的封闭空腔，封闭前以含水量80％的聚丙烯酸钠作为凝胶材料，弹性模量50kPa，采用粘贴法将凝胶材料放置于空腔内壁，涂层厚度控制为50μm。得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量其对不同频率声波的吸声系数(α)，其1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的4.5倍。
对比例1
以弹性模量100MPa的聚氨酯作为材料，构建球形几何容积为10mL的封闭空腔，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量其对不同频率声波的吸声系数(α)，其1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的1.1倍，并不具有显著压致宽带化特点。
对比例2
以弹性模量30MPa的橡胶作为框架材料，构建球形几何容积为1mL的封闭空腔，封闭前以含水量20％的聚乙烯醇作为凝胶材料，弹性模量100kPa，采用粘贴法将凝胶材料放置于空腔内壁，涂层厚度控制为5μm。得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量其对不同频率声波的吸声系数(α)，其1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的1.5倍。
对比例3
以弹性模量30MPa的橡胶作为框架材料，构建球形几何容积为1mL的封闭空腔，封闭前以含水量30％的聚乙烯醇作为凝胶材料，弹性模量100kPa，采用粘贴法将凝胶材料放置于空腔内壁，涂层厚度控制为5μm。得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量其对不同频率声波的吸声系数(α)，其1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的1.8倍。
对比例4
以弹性模量30MPa的橡胶作为框架材料，构建球形几何容积为1mL的封闭空腔，封闭前以含水量30％的聚乙烯醇作为凝胶材料，弹性模量100kPa，采用粘贴法将凝胶材料放置于空腔内壁，涂层厚度控制为7mm。得到了一种具有压致宽带化特点的吸声结构，按照标准CB/T3674-2019，在不同水压下测量，发现其凝胶涂层被破坏。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种具有显著压致宽带化特点的吸声结构，其特征在于，在框架材料构建的封闭空腔内壁设置有凝胶层；
所述框架材料的弹性模量为30～2000MPa；所述框架材料包括聚氨酯、聚酯、橡胶、ABS、尼龙、聚四氟乙烯和环氧树脂中的一种或几种；
单个封闭空腔的几何容积为1～30mL；
所述凝胶层的材料弹性模量为10～100kPa；所述凝胶层的材料包括透明质酸、琼脂、壳聚糖、明胶、海藻酸钠、纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、蚕丝蛋白和蛋清中的一种或几种的含水物；所述含水物的水含量为30～99.9％；
所述凝胶层的层厚为10μm～5mm。
2.根据权利要求1所述的具有显著压致宽带化特点的吸声结构，其特征在于，所述吸声结构在1MPa外压下声学吸收主峰的半峰宽为无外压情况下的3-10倍。
3.根据权利要求1所述的具有显著压致宽带化特点的吸声结构，其特征在于，所述凝胶层的设置是通过刷涂、浸涂、喷涂、吸附和粘贴中的一种或几种方法实现的。
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