隐声斗篷引导声波绕过物体


  卡尔斯鲁厄理工学院(KIT:Karlsruhe Institute of Technology)的研究人员创造了一种微观结构材料,这种材料包含两种聚合物,一种硬一种软,采用的是一种一毫米厚的薄板,薄板振动频率是100HZ左右,在可听见的声音范围内。

  有一些材料可以使光波弯曲,绕过微小物体,使它们隐形,采用类似的方式,这种材料可引导声波绕过薄板上的圆形区域,这意味着,这一区域内的任何东西都不会影响声波。

  “与其他已知的噪声防护措施相反,这种声波既不吸收也不反射。”马丁•韦格纳(Martin Wegener)说,他是卡尔斯鲁厄理工学院应用物理研究所教授,“仿佛那里什么都没有。”

  这种材料很管用,它可以加快声波,使声波传播时,绕过这一圆形的外部,这样,虽然它们传播距离更远,超过直线传播,但是,它们到达另一边会是在同一时间。

  “控制波的关键是具体地影响它们的局部速度,这种功能属于声波的‘运行方向’。”卡尔斯鲁厄理工学院的尼古拉•斯滕格尔(Nicolas Stenger)博士说,他也是应用物理研究所的。

  这两位物理学家,还有马丁•威廉(Martin Wilhelm)教授,他是卡尔斯鲁厄理工学院化学技术和高分子化学研究所的,他们发表了这项成果,就在2011年11月28日的《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上。题为《实验研究弹性隐形采用薄板》(Experiments on elastic cloaking in thin plates)。

  文章中说,他们设计,制造和表征了一种隐形结构,适合弹性波,采用的是1毫米厚的超薄结构聚合物片。这种隐形斗篷包含20个同心圆环,采用16种不同的超材料,每一种都是定制的复合材料,属于聚氯乙烯(polyvinylchlorid)和聚二甲硅氧烷(polydimethylsiloxan)。他们使用频闪成像(stroboscopic imaging)相机,从垂直于薄板的方向,拍摄了弹性波视频,采用的是单色平面波激发(monochromatic plane-wave excitation)。他们观察到良好的隐形性能,适用的载频范围是从200到400赫兹,完美符合完整的连续力学数值处理。因此,这个系统非常适合示范实验,阐明变换光学(transformation optics)概念。