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www.mgm4858.com:【学术预报】基于超构表面包车型客车超薄吸声构造

2015年7月,The American Institute of Physics
网站报道(作为Highlight)了物理学院声学研究所刘晓峻教授课题组在声学超构材料方面的研究工作
(
of Applied Physics上[www.mgm4858.com:【学术预报】基于超构表面包车型客车超薄吸声构造。www.mgm4858.com:【学术预报】基于超构表面包车型客车超薄吸声构造。J. Appl. Phys. 118, 024505
],论文第一作者是硕士生顾源同学,共同通讯作者是声学所程营副教授。该工作基于薄膜阵列首次设计出一种简单高效的具备近零有效密度的声学超构材料(Density-Near-Zero
Metamaterials),可在各种不同情况下对声波进行有效调控,使之在经过任意形状障碍物、直角波导和分束器时保持较高透射率和平面波阵面。这为实现声场特殊操控提供新的可能,在声学超分辨率成像等领域上具有潜在价值。

2014年2月25日,The American Institute of Physics
网站报道(作为Highlight)了物理学院声学研究所程建春课题组在声学超常材料方面的研究工作
(
Physics Letters上[www.mgm4858.com:【学术预报】基于超构表面包车型客车超薄吸声构造。www.mgm4858.com:【学术预报】基于超构表面包车型客车超薄吸声构造。Appl. Phys. Lett.104,
083510],论文第一作者是南京大学物理学院大四本科生江雪同学,合作通讯作者是由我校派赴美国伊利诺伊大学香槟分校从事访问研究的梁彬副教授。该工作首次设计出一种简单高效的声场旋转器(acoustic
field
rotator),可在宽带范围内对声波波阵面进行有效操控,使波阵面“旋转”起来,并在实验上成功实现旋转效果。这为实现声场特殊操控提供新的可能,在生物医学成像和治疗等领域上具有潜在价值。

报告题目:基于超构表面的超薄吸声结构

www.mgm4858.com ,www.mgm4858.com:【学术预报】基于超构表面包车型客车超薄吸声构造。  德国Weily集团期刊《先进功能材料》7月15日在线发表了光电信息学院臧剑锋团队基于柔性声学超表面的最新成果,论文还被选为内封面。

AIP的报道指出“声波会被所遇到的障碍物散射,导致信号损耗或丢失。那可否使声信号穿透障碍物而不被影响呢?最近,中国南京大学的研究者通过聚合物薄膜构造的声学人工材料实现了这一点”,“他们的成果获得了有效密度近零的声学超构材料,赋予简单的传输线网络以梦寐以求的性质,如高效直角波导和分束、声隐身等。并且研究者可以通过调节薄膜特性来调整传输线网络的工作频率,这是之前的原型器件中没有实现的”。“该研究组希望利用这种能够高效调控声波波阵面的薄膜网络实现平面放大声学超透镜,获得突破传统成像系统极限的亚波长超分辨率”。随后,Science
Daily、PHYSORG、Physics News、Science News
Line、Press-news、Eurekalert、Nanotech-Now、Space Daily、Newswise、World
Wide Science、The British Post、International Nuclear Information
System等多家网站相继转载了AIP对该工作的新闻报道。

AIP的报道指出“许多研究工作致力于采用超构材料来实现对声波的特殊操控,例如声学隐身、声学幻象等。声学旋转器作为一种特殊的声学幻象器件,能够将在其中的声波波阵面旋转一个特定的角度,这在之前的研究中从未有过”。“该研究组希望利用这种能够自由调控声波波阵面的声学旋转器实现医疗超声仪器中对声波更加精确的控制,提高超声检测仪器的分辨率,改善对坏损组织成像和治疗质量”。随后,Science
Daily、PHYSORG、Scientific American、Nanothchnology、PR
Newswire、Science Space & Robots、RedOrbit、R&D
等多家网站相继转载了AIP对该工作的新闻报道。

报告人:李勇,同济大学声学研究所

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声波通过近零有效密度薄膜阵列示意图。

变换声学(transformation acoustics)和声学超构材料(acoustic
metamaterial)是近年来科学界的两大研究热点。尽管人们通过变换声学在理论上实现了许多奇特的声学现象,然而由坐标变换得到的结构参数一般具有很强的各向异性以及非均匀性,在自然界几乎无法找到符合要求的材料,这为实际应用和推广提出更高的挑战。程建春小组提出一种新的思路,通过变换声学与声学超构材料的巧妙结合,设计具有各向异性参数的亚波长声学结构,并首次在理论和实验上实现声场旋转,实验样品和实验结果见图1和图2。由于不存在声学共振元件,该声场旋转器能够在很宽的频段内有效工作,并能通过调整结构参数灵活控制旋转角度。声学旋转器的设计具有很大的灵活性,所需的材料参数简单,极大降低了设计与制备的难度,为声波的特殊操控提供了崭新的设计可能性,因而具有广阔的应用前景。(南京大学声学所
梁斌)

时间与地点:1月3号下午3:00-4:00 行健楼437

  近年来,作为超材料的一种,声学超表面逐渐成为研究热点。声学超表面拥有深度亚波长的器件厚度和非凡的声波操控性能,因此在医疗成像,声学通信,粒子操控等领域有着巨大的应用前景。目前超材料设计主要包括局域共振结构如薄膜共振器和空间扭曲超表面等。这些设计能以亚波长的器件尺度操控声波,实现诸如声吸收,隐身,非对称传输等自然界材料难以实现的神奇功能。长久以来,人们都试图把前沿的超材料或超表面真正实用化,但是这个目标仍然受制于超材料目前笨重的材料和装置,刚性的结构以及量产化的困难。所以我们急需新的材料范式和制作方法来解决这些问题。

(物理学院 科学技术处)

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报告摘要:

  研究团队将聚合物等软材料和静电纺丝制备方法引入声学超材料设计。他们创造性地提出了基于软纤维/硬颗粒复合网络的超薄声学相位调控薄膜,并且根据中国传统镂空剪纸的思想,将薄膜加工成具有连续图案变化的可定制多功能超表面。研究者类比于弹簧振子模型,设计并实现了拥有亚微米级柔性聚合物纤维/硬质金属颗粒复合网络的薄膜。这种薄膜能使入射声波发生180度的相位改变,而其厚度只有所调控波长的1/650,实现了目前最薄的声学超表面。进一步地,他们利用激光切割的方法在薄膜上加工一系列不同的镂空图案,实现了声学涡旋,声学超振荡等一系列前沿的声学现象和应用。这种基于聚合物材料的全新设计实现了柔性的多功能定制超薄声学超表面,并且为低成本量产化超材料提供了可能。

图1:声波旋转器样品图。

低噪声品质是衡量现代声学器件性能的重要指标。经典声学理论要求吸声材料的厚度须与工作波长处于同一数量级,用轻薄结构高效吸收低频声波是极具挑战的科学和技术难题。本报告首先将引入声学超构表面概念,然后将重点介绍基于声学超构表面的超薄吸声结构。我们将声学超构表面的概念与声学穿孔板理论相结合,构建了结构厚度小于工作波长千分之五的超薄完美吸声体,规避了传统吸声材料吸收低频噪声时其厚度需与波长可比拟的限制。利用耦合共振的概念实现了可耐高低温热冲击、适用于高声强、空间狭小、低频噪声过高等极端情况下的无纤维宽带高效吸声结构,解决了传统吸声棉污染环境、在低温下吸声能力丧失以及多层穿孔板结构厚重的难题。基于超构表面的吸声器件由于其尺寸小,易加工,高吸声性能等优势展示了极大的潜在应用价值。

  学院2016级硕士生唐瀚川是该论文的第一作者,指导教师臧剑锋教授和物理学院祝雪丰副教授是该论文共同通讯作者,其他合作者还包括2014级本科生陈哲思、以及2015级博士生唐妮。该成果还在2018年国际柔性电子会议上获得了最佳墙报奖,由美国工程院院士、西北大学黄永刚教授为唐瀚川颁奖。

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报告人简历:

  论文题为“Hollow-out patterning ultrathin acoustic metasurfaces for
multi-functionalities using soft fiber/rigid bead networks”。

图2:、分别是3400Hz、5700Hz、6700Hz时仿真和实验结果对比图。右上方是旋转器中心区域仿真结果的放大图,右下方是相应区域的实验测量结果。

李勇博士2013年毕业于南京大学声学专业。2013年8月至2015年3月,在香港科技大学物理系任副研究员。2015年4月至2016年9月,在法国科学院让·拉穆尔(Jean
Lamour)研究所从事博士后研究。2016年10月任职同济大学声学研究所。

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近年来李勇博士基于系统开展了基于人工微结构调控声波的理论和实验研究,在“声学超构表面的理论及应用”领域取得了一系列重要研究成果,已在国际学术期刊上发表SCI论文39篇,第一/通讯作者27篇(包含3篇
Physical Review Letters,1篇Nature Review Materials,5篇Physical Review
Applied),5篇入选ESI高倍引论文。研究成果先后被美国物理学会选为编辑推荐文章(Editors’
Suggestion);数次被美国物理联合会,Phys.org,Physics Buzz,Science
Daily,AIP Scilight,Scientific American
等专业物理期刊和科学网站专题报道,其中基于超构表面的低频完美吸声体的工作入选Applied
Physics
Letters杂志2016和2017年度被阅读最多论文集和2017和2018年度被引用最多论文集。论文共被引用1970余次,单篇论文最高引用210余次,H因子为21。

论文链接:

邀请单位:南京师范大学物理科学与技术学院;江苏省光电技术重点实验室;江苏省声学学会

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