克日，物理学院赖耘教授独做团队将各向异性的概念引入到三维折叠空间的系统中，提出了一种打开低频、宽频声子带隙的方式，并设计了既能隔音降噪，又能通风透气的三维声学超构笼子。
隔音降噪在很多领域中具有重要意思，包含建筑设想、村落计划、交通运输等。但是保守的隔音降噪体式格局或多或少存在制约。一般生活生计中，通风透气的须要也同样重要，无论对于散热、或保持室内的氛围流动都有着不可替换的意思。但是，不合于可用于电磁波屏障的金属法拉第笼，个体来讲，硬质笼子结构无法抵挡声波的穿透。这是因为低频声波具有衍射效应，能够“挤”进裂痕和孔洞，可以或许说是无孔不入。乏味的连年来基于声学超构材料让隔音降噪和通风透气同时实现成为了一个热点研究偏向。连年文献中被提出的物理机制包孕了把持折叠空间/薄膜结构和直通道的透射波干涉相消，铺设了超表面的声学通道及阵列，基于亥姆霍兹共振腔以及Fano共振机制，等等。但是，至今为止，大部分研究仍在带宽、低频区间等方面有一定限制，而且重要聚焦于一维和二维的声学结构上。
这项使命中，研究人员首先将各向异性的概念和折叠空间相结合，提出了一种新的低频和宽频隔音机制。设想了一种中心具有孔洞的面板，并将这类面板组合造成了既能隔音降噪，又能通风透气的三维声学超构笼子。面板中心开口孔洞连接着四支隐藏在面板外部的旁支管道，造成了一个各向异性的折叠空间布局(图1b该面板结构在低频下沿着孔洞的方向上具有一个宽频的声子带隙(图1c保障了隔音降噪的功效。最终笼子内部会形成一个静音区域，外界声波很难进入。研究发明，沿孔洞方向的声子带隙其实和面板平面内的能带折叠有紧密的内在物理接洽。这个带隙也可以或许用负数的有效弹性模量参数和非正定的品德密度张量来解释(图1d
通过无穷元仿真体系较量争论，得到一系列的透射损耗频谱，进而提醒了不变的隔音降噪性能。如图2a所示，眼前板层数为1时，透射耗损峰值泛起在1000Hz四周，并且随着层数的增添，带宽会迅速扩大。图2b展现了透射耗损不受入射角度的影响。图2c-d展现了隔音降噪的最低频次(由旁支管道的长度L决意，长度越长，频率越低；隔音降噪的带宽由中心孔洞的直径决意，直径越小，带宽越大。是以，固定面板大小和厚度的前提下，通过调治参数，宽带隔音降噪的功能实际上可以在任意低频率实现。这个宽频带隙的机制不仅不合于普通的亥姆赫兹共振腔，而且也突破了罕见的Fano共振的注释领域。
实施上，把持声学阻抗管，得到与仿真功效符合的透射损耗数据，考证了超构笼子面板的隔音降噪性能。样品由树脂构成，经由过程3D打印技术制备。而后，研究人员将6个2x2原胞的面板组合起来，制备了一个三维超构笼子结构，并把持家用风扇引入气流，测试超构笼子在鄙吝流影响下的隔音降噪性能(图3a-b音响由固定位置的扬声器收回，改变风扇位置和取向的不合情况下，把持麦克风测量笼子内外不合位置处的声强，如图3c-e所示。实施和实际适合得很好。功效表白，庞杂的气流环境中，该三维超构笼子能够有效地阻挡外部的噪音进入内部空间，完成了既能隔音降噪，又能通风透气的功效。别的，通过模态分析，研究人员发明了该声学超构笼子在遏制频率处，具有和电磁法拉第笼子类似的本质。相同，通俗的硬笼子则完全不具备隔音结果(图3c-e
该机制为低频降噪领域提供了新的思绪。
相关研究功能以“Three-dimensionSoundproofAcousticMetacag为题于2021年8月16号发表在物理领域顶级期刊《PhysicReviewLetter[DOI10.1103/PhysRevLett.127.084301]上，并中选为编辑推荐文章。
该使命由南京大学赖耘教授课题组和美国麻省理工学院NicholaX.Fang教授课题组等合作完成。南京大学为第一通讯单位。南京大学刘晨助理研究员为第一作者，南京大学施锦杰博士和苏州大学赵伟博士为论文的共同一作，其他独做者包含南京大学刘晓宙教授、彭茹雯教授、王牧教授，苏州大学杭志宏教授、周萧溪博士，美国威斯康辛大学麦迪逊分校ChuMa助理传授，西班牙马德里卡洛斯三世大学JohanChristensen传授。研究使命得到现代声学教训部重点实施室，固体微结构物理国家重点实施室、南京大学物理学院、人工微结构科学与技术协同创新中心等平台支持，得到国家重点研发打算、国家造作科学基金等项目资助。