声学超构材料术语
声学超材料的应用与发展研究进展
声学超材料的应用与发展研究进展在现代科学技术的快速发展进程中，声学超材料作为一个新兴且充满活力的研究领域，正逐渐展现出其独特的魅力和巨大的应用潜力。
声学超材料是一类经过特殊设计的人工材料，其具有天然材料所不具备的奇特声学特性，为解决声学领域中的诸多难题提供了全新的思路和方法。
声学超材料的独特性质源于其微观结构的精心设计。
通过对材料内部结构单元的尺寸、形状和排列方式的调控，可以实现对声波的灵活操控，例如实现负折射率、超透镜效应、声隐身等神奇现象。
这种对声波的精准控制能力为声学超材料在众多领域的应用奠定了基础。
在声学隐身方面，声学超材料的发展为实现物体在声波中的“隐形”提供了可能。
传统的隐身技术主要针对电磁波，而声学隐身则面临着不同的挑战和要求。
声学超材料通过设计特殊的结构，使得声波能够绕过目标物体，从而达到隐身的效果。
这一技术在军事领域具有重要意义，例如可以使潜艇、飞机等军事装备在声学探测中更难被发现，提高其生存能力和作战效能。
在噪声控制领域，声学超材料也展现出了显著的优势。
日常生活和工业生产中，噪声污染是一个严重的问题，对人们的身心健康和工作效率产生负面影响。
声学超材料可以被设计成具有特定频率响应的吸声或隔声结构，有效地降低噪声的传播和反射。
例如，在汽车、飞机和船舶等交通工具中，使用声学超材料可以降低发动机和气流产生的噪声，提高乘坐的舒适性；在工厂和建筑中，声学超材料可以用于隔离噪声源，减少对周边环境的干扰。
此外，声学超材料在声学成像和传感方面也有着重要的应用。
通过利用声学超材料的特殊性质，可以制造出具有更高分辨率和灵敏度的声学成像设备，为医学诊断、地质勘探和无损检测等领域提供更精确的成像手段。
在传感方面，声学超材料可以对微小的声波变化做出敏感响应，从而实现对压力、温度、流速等物理量的高精度检测。
声学超材料的发展也为声学通信带来了新的机遇。
传统的声学通信受到声波传播特性和环境噪声的限制，传输效率和可靠性较低。
声学超材料的应用与发展
声学超材料的应用与发展在科技飞速发展的今天，声学超材料作为一种新兴的研究领域，正逐渐展现出其独特的魅力和巨大的应用潜力。
声学超材料是一类具有特殊声学性质的人工材料，其性能往往超越了传统自然材料的限制。
声学超材料的设计灵感通常来源于对微观结构的巧妙调控。
通过精心设计材料的微观结构，如孔洞、裂缝、周期性排列的单元等，可以实现对声波传播的精准控制。
这种控制能力使得声学超材料在众多领域都有了用武之地。
在降噪领域，声学超材料发挥着重要作用。
现代社会中，噪音污染日益严重，给人们的生活和工作带来了诸多困扰。
声学超材料可以被用于制造高效的隔音材料和降噪设备。
例如，在汽车工业中，利用声学超材料可以有效地降低发动机和路面噪音，提升车内的安静程度，为驾驶者和乘客提供更加舒适的环境。
在建筑领域，将声学超材料应用于墙壁和天花板，可以减少外界噪音的传入，同时也能降低室内声音的反射和混响，改善声学环境。
声学超材料在医学领域也有着令人瞩目的应用前景。
超声成像技术是医学诊断中常用的手段之一，但传统的超声探头存在分辨率和成像深度的限制。
利用声学超材料设计的新型超声探头，可以提高超声成像的质量和精度，更清晰地显示人体内部的组织结构，为疾病的早期诊断和治疗提供更准确的依据。
此外，声学超材料还可以用于制造微型的声学镊子，能够精确操控细胞和微小颗粒，为生物医学研究和治疗提供新的工具和方法。
在通信领域，声学超材料也能一展身手。
随着无线通信技术的不断发展，对信号传输的质量和效率提出了更高的要求。
声学超材料可以用来设计高性能的声学滤波器和天线，提高通信系统的频率选择性和信号传输效率，减少信号干扰和衰减，从而提升通信质量和可靠性。
声学超材料在军事领域也具有重要意义。
在潜艇的隐身技术中，通过使用声学超材料，可以降低潜艇的声学特征，减少被敌方声纳探测到的概率，提高潜艇的生存能力和作战效能。
此外，声学超材料还可以用于制造新型的声学伪装设备，使军事目标在声学探测中更难被发现。
声聚焦超材料
声聚焦超材料是一种具有特殊声学性质的材料，能够对声波进行聚焦、引导和操纵，从而实现声场控制和声能量传输等功能。
声聚焦超材料通常由复合材料制成，具有超常的声学特性，如负折射率、声波导引等。
声聚焦超材料的特点：
1.声聚焦：通过声聚焦超材料，可以将声波聚焦在特定的区域，实现声场控制和声能量传输。
2.声波导引：声聚焦超材料能够引导声波沿着特定的路径传播，实现声波的导向和控制。
3.超常声学性质：声聚焦超材料具有负折射率、声波隐身等超常声学性质，能够实现声波在特殊环境下的传播和控制。
声聚焦超材料的应用：
1.声学成像：利用声聚焦超材料实现声学成像，可以应用于医学成像、无损检测等领域。
2.声场控制：通过声聚焦超材料，可以实现声场的精确控制，应用于噪声控制、声学隐身等领域。
3.声能量传输：声聚焦超材料可以实现声能量的高效传输，应用于声波导引、声能采集等领域。
4.声通信：利用声聚焦超材料，可以实现声波的定向传输和通信，提高声通信的保密性和抗干扰能力。
声聚焦超材料是一种新型的声学材料，具有广泛的应用前景。
随着研究的深入，声聚焦超材料将在声学、材料科学、电子工程等领域发挥重要作用。
超材料在声学隔离中的应用研究
超材料在声学隔离中的应用研究近年来，随着科技的迅猛发展，人们对于声学隔离技术的需求越来越高。
在噪音污染日益严重的今天，如何有效地隔离噪音成为了人们关注的焦点。
而超材料作为一种新兴的材料，在声学隔离中的应用研究引起了人们的广泛关注。
首先，让我们了解什么是超材料。
超材料是指在某些要求的频率范围内，其电磁参数、机械参数呈现出与材料天然性质不同的特殊行为的材料。
它的特殊之处在于其有效介质特性不能通过其组成材料的均质性来描述，而是由材料的多尺度结构和元胞的电磁响应决定。
因此，超材料具有负指数折射率、吸声、隐形等特殊性能。
在声学隔离中，超材料具有独特的优势。
相较于传统材料，超材料可以通过调节结构，使声音发生多种复杂折射、散射、吸收等，从而达到优化隔音效果的目的。
例如，在城市建设中，高楼大厦之间的声学隔离一直是一个难题。
传统的隔音材料往往体积庞大，难以应对不同音频的环境。
而超材料的应用研究则为解决这一问题提供了新的思路。
通过使用超材料搭建的声学隔离结构，在保持较小体积的同时，有效地隔离了噪音的传播。
此外，超材料在声学隔离中的应用还可以延伸到汽车领域。
汽车行驶过程中产生的引擎噪音和胎噪等对驾驶员和乘客的健康和舒适性造成了很大的困扰。
超材料的运用可以有效减少噪音的传播，使车内环境更加宁静舒适。
研究表明，采用超材料制成的车门内装饰材料可以减少汽车内部噪音，改善车内的声学环境。
超材料在声学隔离中的应用研究还体现在建筑领域。
建筑物外部噪音对室内工作和居住环境的影响极大，超材料的应用能够有效减少外部噪音的传播。
例如，在建筑立面墙体上使用超材料制作的隔音板，可以减少街道上的交通噪音对室内的干扰。
这种隔音效果不仅提高了居民的生活质量，还为商业区、办公区等提供了更加安静和舒适的环境。
除了汽车和建筑领域，超材料在航空领域的应用也备受关注。
航空器在高速飞行过程中产生的空气动力噪音对机舱内的人员造成了很大的危害。
超材料可以应用于航空器表面，从而减少气动噪音的产生和传播。
复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究
复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究随着城市化进程的加快和人口密度的增加，噪声污染已成为一个日益突出的问题。
为了改善生活质量，人们对隔声材料的要求也越来越高。
传统的隔声材料，如波纹板、减振器等，具有隔音效果，但占用空间较大，且施工复杂。
为了解决这一问题，学者们开始研究声学超材料的应用。
声学超材料是一种结构复杂、功能多样的材料，具有优异的隔声性能。
在传统材料基础上的创新，使得声学超材料成为改善隔声效果的理想选择。
其中，复合型薄膜声学超材料结构的研究备受关注。
复合型薄膜声学超材料结构的设计主要包括三个主要部分：声波传导层、声波折射层和声波反射层。
通过调整这些层的特性参数，可以实现高效的声波隔离和吸收效果。
在设计复合型薄膜声学超材料结构时，声波传导层的选择非常关键。
有研究表明，选择合适的材料能够提高声波传导层的吸声性能。
常见的声波传导层材料有聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜等。
这些材料具有良好的隔声性能，能有效减少声波的传播。
声波折射层是决定复合型薄膜声学超材料结构性能的另一个重要因素。
折射层的设计原则是在声波传导层面前设置一个具有特殊折射率的材料层，通过改变声波的传播速度和传播方向来实现隔声效果。
一些研究者利用微孔、细长柱状结构等设计了不同的声波折射层结构，取得了显著的隔声效果提升。
声波反射层是完成复合型薄膜声学超材料结构设计的最后一步。
反射层的作用是将未被吸收的声波反射回原来的传播媒介，从而实现声波的隔离效果。
常见的声波反射层材料有铝膜、金膜等，在特定波长范围内有较好的反射率。
合理选择反射层材料的厚度和结构形式，能够提高声波的反射效果。
综上所述，复合型薄膜声学超材料结构具备优异的隔声性能，适用于解决城市噪声污染等问题。
其设计包括声波传导层、声波折射层和声波反射层三个关键部分。
通过合理选择材料和设计参数，可以取得显著的隔声效果提升。
然而，目前的研究还面临一些挑战，如复杂的结构设计和材料选择等。
超材料是什么
超材料是什么超材料，又称为超材质或者超材，是一种具有特殊性能和特定结构的材料。
它们通常具有一些非常规的性质，如负折射率、负抗性、负热膨胀等，这些性质在自然材料中是很难或者根本不可能出现的。
超材料的研究和应用领域非常广泛，涉及到光学、声学、电磁学、热学等多个领域，因此备受科学家和工程师的关注。
超材料的概念最早可以追溯到20世纪60年代，当时苏联科学家维克托·瓦西利耶维奇·弗拉基米罗夫提出了负折射率的概念，这被认为是超材料研究的开端。
随后，随着人们对材料科学的深入研究，超材料的研究也得到了长足的发展。
目前，超材料已经在很多领域得到了广泛的应用，比如光学透镜、声学隔音、电磁屏蔽等方面。
超材料的研究和应用主要基于其特殊的结构和性质。
一般来说，超材料的结构尺度远远小于光波长、声波长或者电磁波长，因此它们可以表现出许多传统材料所不具备的性质。
比如，一些超材料可以使光线发生负折射，这就意味着它们可以实现一些传统材料无法实现的光学效应。
此外，超材料还可以通过调节其结构来实现对电磁波或声波的控制，这为电磁屏蔽、声学隔音等应用提供了新的途径。
除了在基础科学研究领域，超材料的应用也逐渐渗透到了工程技术领域。
比如，利用超材料可以设计出更加紧凑、轻便的光学器件，这对于光学通信、激光雷达等领域具有重要意义。
此外，超材料还可以用于制备新型的声学材料，用于减少噪音、隔离声波等方面。
在电磁学领域，超材料也可以用于设计新型的电磁波吸收材料，用于隐身技术、电磁屏蔽等方面。
总的来说，超材料是一种具有特殊结构和性质的材料，它们在光学、声学、电磁学等领域具有重要的应用价值。
随着材料科学和纳米技术的不断发展，相信超材料的研究和应用将会得到更加广泛的推广和应用。
声学超材料的设计与优化研究进展
声学超材料的设计与优化研究进展在当今科技迅速发展的时代，声学超材料作为一个新兴领域，正引起科学界和工程界的广泛关注。
声学超材料是一种具有特殊声学性能的人工材料，其设计和优化是实现其优异性能的关键。
本文将详细探讨声学超材料的设计与优化研究的最新进展。
声学超材料的概念最早出现在 20 世纪末期，它打破了传统材料对声波传播的限制。
通过巧妙设计材料的微观结构，声学超材料能够实现对声波的调控，如负折射、隐身、聚焦等新奇的声学现象。
这些独特的性能为解决声学领域的诸多难题提供了新的思路和方法。
在声学超材料的设计方面，研究人员采用了多种策略。
其中，周期性结构设计是一种常见的方法。
通过周期性地排列不同特性的材料或结构单元，可以形成具有特定声学带隙的超材料。
例如，将金属和橡胶交替排列的周期性结构，可以有效地阻挡特定频率范围内的声波传播。
另一种重要的设计思路是基于局域共振原理。
在这种设计中，引入具有特定共振频率的微小结构单元，当声波作用于这些单元时，会产生强烈的共振响应，从而实现对声波的调控。
例如，在弹性基体中嵌入质量块和弹簧组成的共振单元，可以在特定频率下实现声波的衰减或增强。
此外，还有基于拓扑优化的设计方法。
拓扑优化是一种根据给定的性能目标和约束条件，自动确定材料最优分布的方法。
在声学超材料设计中，通过拓扑优化可以获得具有复杂形状和最优声学性能的结构。
在声学超材料的优化方面，研究人员也取得了一系列重要成果。
优化的目标通常包括提高声学性能、降低材料成本、减小结构尺寸等。
为了实现这些目标，采用了多种优化算法，如遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法。
它通过模拟自然选择和遗传变异的过程，逐步搜索最优解。
在声学超材料优化中，遗传算法可以用于优化结构的几何参数、材料属性等，以获得更好的声学性能。
模拟退火算法则是一种基于热力学原理的随机优化算法。
它通过在搜索过程中引入一定的随机性，避免陷入局部最优解。
双负声学超材料的作用
双负声学超材料的作用
声学超材料是一种人工制造的材料，其具有非常特殊的声学特性。
而双负声学超材料是在特定频率范围内同时具备负折射率和负透射率的材料，对声波的传播和控制具有重要作用。
双负声学超材料可以实现声波的反向传播。
以往，声波只能按照一定的传播规律传递，这限制了声波在某些应用中的发挥。
然而，双负声学超材料可以使声波在材料中以与传统材料截然不同的方式传播，甚至可以实现声波的反向传播。
这不仅有助于制造更高效的超声波传感器和成像设备，也可以为声波通信和声波隐身技术提供新思路。
双负声学超材料可以实现声波的聚焦和透镜效应。
由于其具备负折射率，声波在进入双负声学超材料时会被聚焦，而不是被散射。
这种特性使得双负声学超材料成为一种理想的声波透镜材料，可以用于制造更小型化、高分辨率的超声波成像系统，也可以在声学治疗领域发挥积极作用。
双负声学超材料还可以用于声波的频率选择性。
通过调整材料的结构和参数，可以实现对特定频率声波的选择透过或反射。
这种频率选择性使得双负声学超材料在声波滤波器、隔音设备和噪音控制中具有潜在应用，有助于提高环境噪音的控制效果。
双负声学超材料的作用主要体现在声波传播的控制、聚焦和频率选择方面。
其在超声波成像、声学治疗、声波通信等领域的应用潜力巨大，将为声学技术的发展带来新的突破。
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声学超构材料术语1范围本文件规定了包括声子晶体、声超材料等人工微结构的声学超构材料等相关术语的定义。
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凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T32005-2015电磁超材料术语GB/T3947-1996声学名词术语3基础定义3.1超构材料metamaterials一种特种复合材料或结构，通过对材料关键物理尺度上进行一定序构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性能。
3.2声学超构材料acoustic metamaterials具备超常声学特性的一类超构材料3.3声子晶体phononic crystal由两种以上具有不同弹性参数的材料按一定空间序构周期排列的复合人工介质形成的一种声学超构材料。
4分类4.1固体弹性波超构材料solid elastic wave metamaterials用于调控固体中弹性波的声学超构材料。
4.2水声超构材料underwater acoustic metamaterials用于调控水中声波的声学超构材料。
4.3空气声超构材料用于调控空气中声波的声学超构材料。
4.4次声声学超构材料infrasound metamaterials工作频率在20Hz以下的声学超构材料4.5超声声学超构材料ultrasonic metamaterials工作频率在20kHz以上的声学超构材料4.6可听声超构材料audible sound metamaterials工作频率在20Hz-20kHz范围的声学超构材料4.7局域共振型声学超构材料resonant acoustic metamaterials基于局域共振原理的声学超构材料4.8非局域共振型声学超构材料non-resonant acoustic metamaterials 不基于局域共振原理的声学超构材料4.9线性声学超构材料linear metamaterials具有线性动力学效应的声学超构材料4.10非线性声学超构材料nonlinear metamaterials具有非线性动力学效应的声学超构材料4.11各向同性声学超构材料isotropic acoustic metamaterials具有各向同性的声学特性的声学超构材料4.12各向异性声学超构材料anisotropic acoustical metamaterials具有各向异性的声学特性的声学超构材料4.13复合声学超构材料composite acoustic metamaterials与其他材料复合的声学超构材料4.14可重构声学超构材料reconfigurable acoustic metamaterials宏观或微观结构可重构的声学超构材料4.15可编程声学超构材料programmable acoustic metamaterials利用逻辑基元对声场进行程序化调控的声学超构材料4.16微纳声学超构材料micro-scale acoustic metamaterials微观结构的绝对尺度在微米或纳米级的声学超构材料4.17多物理场耦合型超构材料multi-physical coupled metamaterials 声场与其他物理场相互耦合的声学超构材料4.18吸声超构材料sound absorption metamaterials能够有效控制噪声且尺寸小巧的声学超构材料。
4.19隔声超构材料sound insulation metamaterials能够突破质量定律有效隔绝、隔断、分离空气中传播的噪声的声学超构材料。
5方法论5.1结构5.1.1声学超材料微观结构microscopic structure of metamaterials声学超构材料在与其作用波长同数量级尺度上的结构5.1.2声学超材料宏观结构macroscopic structure of metamaterials声学超构材料在比其作用波长高一个或数个数量级尺度上的结构5.1.3声学超材料微纳结构nanostructure of acoustic metamaterials声学超构材料在绝对尺度上的微纳结构5.2.研究方法5.2.1.平面波展开法plane wave expansion method通过布洛赫(Bloch)定理，求出特定波矢对应的本征频率，计算声学超构材料频带的方法。
5.2.2.多重散射法multiple scattering method指将入射到某个散射体上的入射波看成由外来入射波和被其他散射体所散射的散射波组成，通过推导各散射体的散射矩阵求解特征频率方程的方法。
5.2.3.有限元法finite element method(FEM)将连续的超构材料介质离散为有限个单元，并在给定的材料或功能基元边界条件下，利用有限单元的近似解逼近真实物理现象的数值分析方法5.2.4.边界元法boundary element method(BEM)将连续的超构材料介质的边界离散为有限个单元，并在给定的材料或功能基元边界条件下，利用对边界分元插值离散的近似解逼近真实物理现象的数值分析方法5.2.5.时域有限差分法finite difference time domain method(FDTD)通过将偏微分方程转化为有限个差分方程，在给定激励、初始条件和特定边界条件下，利用差分方程推导出系统的时域响应，从而研究声波在超构材料中的传播特性。
5.2.6.能带理论energy band theory能带理论是讨论晶体（包括声学超构材料）中量子（包括声子）的状态及其运动的一种近似理论5.2.7.有效（等效）介质理论effective（equivalent）medium theory为了研究复杂介质的性质，而假设一种性质与多相介质在宏观平均相同的单相介质，这种假设的单相介质就称为该多相介质的“有效介质”，该理论称为有效介质理论，在很多场合也被称作等效介质理论。
5.3.表征5.3.1.声学超构材料等效阻抗equivalent impedance of acoustic metamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的声阻抗。
5.3.2.声学超构材料等效密度equivalent density of acoustic metamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的质量密度。
5.3.3.声学超构材料等效弹性模量equivalent bulk modulus of acoustic metamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的体弹性模量。
5.3.4.声学超构材料等效折射率equivalent index of acoustic metamaterials依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的折射率。
6设计6.1功能基元functional unit-cell超构材料中在微观特征（分子、原子层次）和宏观性能之间引入的具有特定功能的中间结构层次6.2结构优化structural optimization将声学超构材料的结构进行优化，以获取更加优良的综合性能6.3折叠folding将声学超构材料的功能基元在空间上进行折叠6.4层叠cascading将声学超构材料的不同功能基元在一维方向上分层叠加6.5分布distribution将声学超构材料的不同功能基元在二维空间上进行分布6.6耦合coupling将声学超构材料的不同功能基元在声场中进行耦合6.7周期性排布periodic arrangement声学超构材料微观结构上呈周期性排布6.8赝周期性排布pseudo-periodic arrangement声学超构材料在微观结构上的非周期性排布，在宏观上呈周期排布6.9随机排布random arrangement声学超构材料在微观结构上的非周期性随机排布6.10超晶格排布superlattice arrangement声学超构材料在微观结构上的两种基元呈交替排列的周期性结构6.11亚波长设计subwavelength design声学超构材料作用的波长远大于其宏观绝对尺度的设计6.12耦合设计coupling design声学超构材料中的不同功能基元在空间和频率上的耦合设计6.13阻抗设计impedance design设计声学超构材料的阻抗，调控其与传播介质或其他材料之间的阻抗匹配情况7应用与器件7.1应用方向7.1.1声学超构材料降噪noise reduction by acoustic metamaterials利用声学超构材料，减少噪音对人的影响的措施7.1.2声学超构材料减振vibration reduction by acoustic metamaterials利用声学超构材料，通过减少激励、增加系统阻尼来减弱系统振动的措施。
7.1.3声学超构材料散射scattering of metamaterials声波在传播中遇到超构材料时，部分声波偏离原始传播路径，从超构材料四周散播开来的现象。
7.1.4声学超构材料频散dispersion of acoustic metamaterials利用超构材料调控声波，将其传播分成不同频率的几个波。
7.1.5声学超构材料扩散diffusion of acoustic metamaterials利用超构材料调控声场分布，使其能量密度均匀、在各个传播方向作无规则分布。
7.1.6声学超构材料指向性directivity of acoustic metamaterials受超构材料影响的声波在几何空间中的场分布7.1.7声学超构材料插入损失insertion loss of acoustic metamaterials在插入声学超构材料器件前，输送到系统中将要插入的点后某处的功率级和插入后输送到该处的功率级的差。
7.1.8声学超构材料波阵面调控wavefront control by acoustic metamaterials利用声学超构材料，任意调控具有亚波长分辨率的波阵面的形状7.2主要器件7.2.1超构消声室acoustic metamaterial anechoic chamber由超构材料构成的，所有界面几乎能有效地吸收全部的入射声能，使得其中产生自由声场的房间。
7.2.2超构消声器acoustic meta-muffler具有声学超构材料衬里的气流管道，可有效地降低气流中的噪声。