杜克大學的研究人員設計出了一種纖薄的工程材料，可以接近完美的效率控制聲波使其重定向和反射。這種新材料設計首次演示這種完美效率的聲波控制，并且材料可以使用利用3D打印技術制成。

    雖然在理論層面，制造這種超材料設備的方法早已被提出，但這些方法既沒有在理論層面對聲音傳輸和反射同時實現精確控制，也不能通過實驗來實現。不過，最近的這項研究設計并測試了這樣一種裝置-采用經過精確工程設計的超材料表面，能夠同時控制入射聲波的傳播和反射。

    使用纖薄結構來控制聲波并不是什么新鮮事，但是僅僅控制傳輸和反射階段的常用方法會導致一些聲波能量的丟失。然而，根據科研人員發表在《自然通訊》上的論文描述，通過設計和控制結構兩側的波阻抗，有可能實現在沒有能量損失的情況下完美地控制聲波的傳輸和反射。

    新設計的裝置使用超材料制成，利用超材料的微結構可以控制諸如光和聲音之類的波。超材料結構是利用3D打印塑料制成的，利用該設備的特殊形狀產生的性能可控制聲波，同時超材料還可以縮放和修改幾乎任何波長的聲波。它由四排空心柱組成，每列空心柱之間都有一個約半英寸左右的狹窄開口。研究人員演示了這款設備如何通過每一列之間的通道寬度以及每一列內腔的大小來控制聲音。根據每個空心柱塑料填充量的不同，每一列產生不同的頻率。

    當聲波穿過它時，設備中的每個諧振腔都以特定的頻率產生諧振。振動不僅對聲波傳播速度產生影響，而且還與相鄰的空心柱相互作用，控制傳播和反射。此外，振動列不僅與聲波相互作用，而且與周圍的空心柱相互作用。

    該團隊現在正在尋求將他們的想法應用到更奇特的聲音控制形式中，包括在聲納等應用中操縱聲波。據報道，這種結構可以將直線傳播的3000赫茲聲波，重新定向因導致以60度入射角傳播，效率約為96%，遠高于此前類似設備的60%，接近完美。

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責任編輯：殷鵬飛

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