激光刻蚀制备超疏水声学超表面基础研究

发布时间：2020-08-23 10:00

【摘要】：声学超表面具备平面、超薄等独特物理特性及对声波的灵活调控能力,在降噪隔振、隐身技术、非接触操控物体等诸多声学领域具有重要的应用前景。带有超疏水特性的声学超表面,其声学调控性能和机理尚无研究报道。本文基于激光刻蚀制备技术,设计并制备了一种十字型微沟槽的超疏水声学超表面,通过自主搭建平台测试了其水下声学传播性能。主要研究工作包括:1、利用紫外激光器在玻璃纤维增强塑料(GFRP)表面刻蚀十字沟槽图案,然后用三甲氧基甲硅烷进行旋涂,在170°加热30分钟,得到声波超吸收的超疏水结构。测试结果表明,GFRP超疏水声学超表面在频率为50kHz到250kHz的范围内对声波的吸收系数达到88%以上,分析其物理机制主要是水与超疏水微观结构之间空气层诱导的多重界面散射效应。2、设计了一种由固定在铝板上的薄膜和附着在其上表面的铜质量块组成的膜共振结构声学超表面。采用不同的激光刻蚀间距后,经过化学改性得到具有不同超疏水/亲水的铜表面,产生不同的附着力表面。测试结果表明,铜表面的附着力越大,膜共振结构的透射系数越大。通过改变铜块的表面润湿性,可以实现对其水下振荡模式的进一步调制。本文研究成果展示了激光制备图形化超疏水声学超表面在水下声学领域的应用潜力,为水下声学超材料的工程应用提供一条新的技术途径。
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB56;O647.5
【图文】：

传输现象,声能量,非对称,实验测量

温州大学硕士论文等[9]设计的亥姆霍兹谐振器实现了声能量非对称传输效应的新方入射时，由于梯度相位的调制，透射声波按照设定的角度出射，形(图 1-2(a)左侧)。在反向入射的情况下，透射声波为倏逝波无法传结构中能量密度急剧增加，在无损耗的情况下，最终以高阶衍射模引入合适的粘滞耗散，加上超构表面结构中的高能量密度，可使得的能量大大耗散，最终导致声学截止态(图 1-2(a)右侧)。实验中采 1-2(b)下半部分所示，从实验测量的正向和反向声压和声强对比可耗型超构表面实现了声能量的非对称传输。基于损耗机理的超构表单、亚波长厚度、平面特性以及可通过旋转样品调控透射性质等材料和超表面的设计提供了全新的方向，有望实现一系列新的声学控方式。

薄膜型,材料

温州大学硕士论文。一个刚性的质量块附着在膜的中心，它的质量是由理想的共振频率设定的 1-3（a）所示。对于被周围硬边框所固定的弹性薄膜，由于薄膜具有很小模量，因此可以通过在薄膜的中央放置一个小的质量块来调整振荡模式的率。在图 1-3（b）中的两个本征频率处几乎实现了完全透射，但在这两个率之间的某个频率处，透射系数几乎为零，入射的声波几乎完全被反射，时整个薄膜面内的平均法向位移为零，如图 1-3（d）所示。通过有限元数的方法，也发现在平均法向位移为零的频率附近，薄膜的动态质量密度是

状态图,超疏水,状态

温州大学硕士论文经过长期的研究发现，要想获得性能优异的超疏水表面，必须要具有两个是材料表面有一定的粗糙结构；另一个是材料表面具有低的表面备超疏水表面一般有两种方法：一种是在低表面的材料上构造粗糙结疏水表面；另一种是在材料表面构造粗糙表面，然后使用低表面能的修在材料表面降低材料的表面能获得超疏水表面。超疏水的状态也分为两种，如图 1-4 所示。一种是高粘附性的 Wenz超疏水表面，如图 1-4（a）所示；一种是低粘附性的 Cassier-Baxter[13]水表面。

【参考文献】