[发明专利]一种通过涂料改性的声学超结构设计方法

说明书

本发明公开了一种通过涂料改性的声学超结构设计方法，该方法将涂料以涂层的形式引入薄膜和薄板型声学结构中，由于薄膜和薄板结构的振动和声学性能对附加在表面的物质非常敏感，这样，通过在薄膜和薄板表面附加不同配比的涂层，就能有效调控这类结构的声学性能，达到声学改性的目的。具体的，一种是在薄膜或薄板表面涂一层涂料，固化后形成涂层，在这种措施中，除了薄膜和薄板本身的参数是可调的以外，涂层的配比和厚度也可以根据需要调控；另一种是在薄膜和薄板层间布置软涂层，充当适配器，配合两侧薄膜或薄板的振动，在这种措施中，除了薄膜和薄板本身的材料参数、结构参数和层数是可调的以外，适配层的材料配比和厚度也可以根据需要进行调控。

技术领域

本发明属于声学超结构技术领域，具体涉及一种通过涂料改性的声学超结构设计方法。

背景技术

一方面，近20多年来，声学超材料的出现极大地拓展了声学学科的研究领域。通过引入声学共振结构可实现动态负质量密度、负体积模量、零折射率等天然材料不具备的奇特声学参数，为调控声波带来全新的自由度和更多的可能性。合理地设计并实现拥有奇异的声学参数的人工微结构，可突破经典声学的理论限制，构造具有新的功能的声学材料并引领声学器件的革新。近五年，声学超表面作为一种新型的超薄声人工结构受到了人们的广泛关注，相比以往提出的声学超材料结构，它具有超薄、平面特性和可完全操控声波波前等优势。具体来说，声学超表面是一种厚度比操纵波长低数个量级，可以实现声波完美吸收、负折射、反常反射、反常透射、波前相位任意调控等特殊物理现象的亚波长声波波前整形器件，在低频吸声、声学隐身斗篷、声学自准直及声学超透镜等方面具有重要的应用价值。

另一方面，涂料是建筑装饰及工程装饰不必不可少的一类材料，其应用方便，价格低廉，在工业发展和工程实践中发挥着及其重要的作用。然而，对于声波而言，由于波长较长，尺寸微小的物质很难对其进行操控。这样，在工业发展中广泛应用的涂料，在声学中是很难发挥作用的。试想，如果通过涂一层薄薄的涂料，就能灵活的操控结构的声学性能，这将为工程实践中声波操控提供极大便利。因此，如何将涂料引入声学结构中，用以实现声学结构的改性，成为了众多材料开发企业非常希望解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种通过涂料改性的声学超结构设计方法，其以薄膜和薄板为基础结构，使得涂料可以通过充当附加层的方式，实现对声波进行调控和改性。这在很大程度上，可以达到将传统工业材料扩展到声学设计中的效果。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种通过涂料改性的声学超结构设计方法，该方法将涂料作为人工复合结构的一个组分，通过改变涂料的配比参数实现对人工复合结构声学性能的改性，并分为以涂料作为表面附加层实现声学性能改性的结构设计方法和以涂料作为适配层实现声学性能改性的结构设计方法两种；其中，

以涂料作为表面附加层实现声学性能改性的结构设计方法，采用薄膜或薄板作为基底结构，通过在基底结构表面布置涂料，以不同的涂料参数实现对整体结构的声学性能改性；

以涂料作为适配层实现声学性能改性的结构设计方法，采用薄膜或薄板作为基础结构，通过在两层薄膜或薄板之间布置涂料，以不同的涂料参数实现对整体结构的声学性能改性。

本发明进一步的改进在于，以涂料作为表面附加层实现声学性能改性的结构设计方法，具体包括如下几个步骤：

101)根据实际需要，设计并制作薄膜或薄板型结构作为基础结构；

102)以基础结构中的薄膜或薄板作为基底，根据声波调控的需要，确定涂料的配比、涂覆厚度、涂覆面积以及涂覆位置的设计参数；

103)把涂料按设计参数涂覆到基底结构上，并进行固化，使之成为固态涂层；

104)测量结构的声学性能，根据预期声学性能，反复调整涂料的设计参数，直至满足设计要求为止。