激光刻蚀铝合金制备超疏水声学超表面的研究

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声学超表面是一种人造复合结构,具有普通材料不具备的特殊声学性能,且结构尺寸远小于波长,可以实现小尺寸结构调控低频声波。随着人类对海洋资源的开发,水下声学超表面的应用研究越来越受到关注,比如成像,水下探测,声隐身等。目前,针对具有超疏水特征的超表面材料研究尚少。本文以铝合金板为基底,利用激光刻蚀技术制备水下声学超表面,通过水下声学测试平台测试其水下声学特性。本篇论文研究工作如下:1.设计了一种激光纹理化覆盖腔结构。通过简单的激光刻蚀方法制备纹理化超疏水表面,并将激光刻蚀制备的超疏水覆盖板与基底铝合金空腔板无缝连接在一起,制备成激光纹理化覆盖腔结构声学表面(LTOCS)。水下声学测试表明,LTOCS在设计的频率范围(50 k Hz-60k Hz)内具有良好的隔音能力,其水下声传输系数降低了大约81%。分析其工作机理为微表面气泡的Minnaert共振,散射以及Schroeder空腔结构的吸收和反射。2.利用红外纳秒激光器在铝合金表面刻蚀扫描间距分别为50μm、90μm和130μm的网格状周期凹槽结构,得到周期结构的超疏水声学表面。在三种不同的扫描间距下测试得到的表面接触角分别为156.2°、153.6°和151.3°。声学测试结果表明,随着扫描间距的增加和水中浸泡时间的增长,样品的水下声波透射系数增加,吸收系数减少,声学特性变差。通过改变铝合金表面的激光扫描间距,可以达到对水下声学超表面声学性能调控的目的。本研究展现了激光纹理化超疏水表面在水下声学应用方面的潜力,为有效控制水下低频声波提供了技术方案,可用于抑制水下噪声传播、声隐身、水下探测等。
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