根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，聲學(xué)噪音對(duì)于人類(lèi)生活具有巨大的危害，已成為繼空氣污染之后的人類(lèi)公共健康的第二個(gè)殺手。傳統(tǒng)吸聲材料主要是聚合物泡沫及穿孔板等，雖然可顯著降低聲波傳輸，但是隨著社會(huì)工業(yè)化發(fā)展和噪音污染加劇，目前對(duì)于吸聲材料結(jié)構(gòu)及性能提出了更高需求。
二維石墨烯超薄片層的高面內(nèi)剛度和大面外彈性，在納米共振器件領(lǐng)域展示出巨大應(yīng)用潛力。但由于石墨烯在組裝中易產(chǎn)生片層堆積，因此如何在宏觀吸聲領(lǐng)域中利用超薄二維片層的共振效應(yīng)仍存在挑戰(zhàn)。浙江大學(xué)高分子系劉英軍副研究員、許震研究員及高超教授課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)及模擬揭示了超薄石墨烯的強(qiáng)共振效應(yīng)，提出了利用超薄二維石墨烯鼓的優(yōu)異共振效應(yīng)提升商用泡沫的吸聲能力，構(gòu)筑了高性能宏觀吸聲泡沫，在噪音防護(hù)、建筑設(shè)計(jì)及聲學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域具有重要實(shí)用價(jià)值。圖1.高性能石墨烯吸聲泡沫的結(jié)構(gòu)示意圖及其原理。設(shè)計(jì)思想：在傳統(tǒng)低成本高分子泡沫骨架內(nèi)部構(gòu)筑超薄石墨烯納米鼓結(jié)構(gòu)，既保證了整體孔隙的聲波摩擦損耗，又保證了微結(jié)構(gòu)對(duì)于聲波的共振吸收。圖2. 高性能石墨烯吸聲泡沫的制備及結(jié)構(gòu)。為防止石墨烯在傳統(tǒng)聚合物泡沫內(nèi)部的聚集，該工作首先將氧化石墨烯浸漬到泡沫骨架上，隨后利用課題組提出的溶塑發(fā)泡技術(shù)（Science Advances, 2020, 6(46):eabd4045）構(gòu)筑超薄石墨烯納米鼓結(jié)構(gòu)。圖3.超薄石墨烯鼓結(jié)構(gòu)單元的共振研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)及模擬以超薄的石墨烯膜作為模型，揭示了石墨烯的共振效應(yīng)與石墨烯厚度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，當(dāng)厚度增加到320 nm時(shí)，基本未產(chǎn)生明顯共振峰（200-6000 Hz），為高性能吸聲材料的構(gòu)筑及設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。證明了在200-6000 Hz的頻率范圍內(nèi)，高性能石墨烯吸聲泡沫相比商用泡沫的平均吸聲性能可提高~320%，超過(guò)大部分已報(bào)道吸聲材料。圖5.高性能石墨烯吸聲泡沫的實(shí)用性能展示。該工作還展示了所制備高性能石墨烯泡沫在不同頻率聲音及不同音樂(lè)環(huán)境下的實(shí)際應(yīng)用效果。該研究的最大意義在于，通過(guò)簡(jiǎn)單的制備即可將商用泡沫轉(zhuǎn)化為高性能吸聲材料，并且價(jià)格低廉，容易量產(chǎn)，對(duì)于在宏觀聲學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮二維超薄材料優(yōu)異振動(dòng)效應(yīng)的研究有著重要啟示意義。論文的第一作者為浙江大學(xué)高分子新物質(zhì)創(chuàng)制國(guó)際研究中心、高分子科學(xué)與工程學(xué)系博士后龐凱，其中博士后劉曉婷為共同第一作者。該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江大學(xué)百人計(jì)劃、中央高校專(zhuān)項(xiàng)基金等相關(guān)經(jīng)費(fèi)的資助。Pang K.; Liu X.;Pang J.; Samy A.; Xie J.; Liu Y.; Peng L.; Xu Z.; Gao C.,Highly efficient cellularacoustic absorber of graphene ultrathin drums. Advanced Materials, 2022, Accepted. (DOI: 10.1002/adma.202103740)
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
