ProAcoustics | 世界上最轻的材料是如何吸收声音的

一项新的研究表明，由99%以上的空气制成的超轻材料气凝胶，有朝一日可能有助于使飞行、生活在繁忙的城市、甚至在国际空间站上睡觉都更安静。 第一种气凝胶是在20世纪20年代末或30年代初由化学家Samuel Kistler发明的，他发现了一种方法，可以将液体从硅胶中去除，同时保持其纤细多孔的固体结构完好无损。从那时起，科学家们用多种材料制造气凝胶，包括碳、金属氧化物和聚合物。2013年制造的一种石墨烯气凝胶保持着密度最低固体的记录：一立方英尺的材料重量仅为1/100磅。（世界上密度最小的固体是密度仅为0.16毫克/厘米的石墨烯气凝胶；由浙江大学高分子科学与工程系实验室的一个研究小组制作，由高超教授领导。该材料于2013年2月27日在《自然》杂志上公布） 

到目前为止，气凝胶的应用已经相当广泛。美国宇航局已经把它们用在探索火星的探测器上，并捕捉彗星尘埃。它们被包裹在隔热毯和登山者攀登珠穆朗玛峰的鞋子里。

Aspen Systems Inc与NASA合作制造了更耐用的气凝胶。通过用二氧化硅气凝胶填充纤维网的空间来制造柔性材料。Aspen气凝胶公司每年生产近2000万平方英尺的气凝胶材料，并将其出售给政府，工业和消费者应用。

一家名为Polar Wrap LLC的公司封装源自NASA的气凝胶，并将其用于一种名为Toasty Feet的产品中。这些鞋垫保护人们的脚不受冷热侵袭。现在，新的研究表明气凝胶可能是一种很好的吸音材料，特别是在航空和太空旅行等对于轻量化设计有非常高要求的行业应用中。堪萨斯州威奇托州立大学航空航天工程学院MAD实验室（MAD Lab：Mechanics, Acoustics, and Dynamics Lab）Bhisham Sharma教授团队测试了两种气凝胶的吸声能力：商用二氧化硅气凝胶的颗粒，以及堪萨斯州立大学DongLin和Shuting Lei制作的定制3D打印纤维素气凝胶。他们发现，在一定的重量下，这两种气凝胶比泡沫等传统降噪材料能吸收更多的声音。3D打印气凝胶还可以在更宽的频率范围内降低噪音。

扫描电子显微镜显示的多孔内部结构的图像背景上的3D打印纤维素气凝胶。图片来源于堪萨斯州威奇托州立大学Bhisham Sharma，由Abigail Malate进行图像合成。

 
Sharma说，长期目标是使用气凝胶使飞机更轻、更安静，但他也看到了其他应用，包括将气凝胶与其他材料结合起来，同时隔离和降低建筑物中的噪音，或者用它们来更好地隔离国际空间站宇航员睡眠区的噪音。 气凝胶相对较高的成本和易碎性阻碍了它们的发展，但Sharma说，他希望新的研究和更广泛的应用可以解决这两个问题。 在他们的研究中，研究人员还发现传统的声学模型不能准确地描述和表达气凝胶的性能特点。“他们比我们预期的模型有着更好的吸声表现”，Sharma说。找出原因是他们目前正在探索的另一个领域。
文章来源于Inside Science，原文链接：http://www.insidescience.org/news/how-lightest-materials-world-absorb-sound
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