激光刻蚀制备超疏水声学超表面基础研究

论文摘要

声学超表面具备平面、超薄等独特物理特性及对声波的灵活调控能力,在降噪隔振、隐身技术、非接触操控物体等诸多声学领域具有重要的应用前景。带有超疏水特性的声学超表面,其声学调控性能和机理尚无研究报道。本文基于激光刻蚀制备技术,设计并制备了一种十字型微沟槽的超疏水声学超表面,通过自主搭建平台测试了其水下声学传播性能。主要研究工作包括:1、利用紫外激光器在玻璃纤维增强塑料(GFRP)表面刻蚀十字沟槽图案,然后用三甲氧基甲硅烷进行旋涂,在170°加热30分钟,得到声波超吸收的超疏水结构。测试结果表明,GFRP超疏水声学超表面在频率为50kHz到250kHz的范围内对声波的吸收系数达到88%以上,分析其物理机制主要是水与超疏水微观结构之间空气层诱导的多重界面散射效应。2、设计了一种由固定在铝板上的薄膜和附着在其上表面的铜质量块组成的膜共振结构声学超表面。采用不同的激光刻蚀间距后,经过化学改性得到具有不同超疏水/亲水的铜表面,产生不同的附着力表面。测试结果表明,铜表面的附着力越大,膜共振结构的透射系数越大。通过改变铜块的表面润湿性,可以实现对其水下振荡模式的进一步调制。本文研究成果展示了激光制备图形化超疏水声学超表面在水下声学领域的应用潜力,为水下声学超材料的工程应用提供一条新的技术途径。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 声学超材料/超表面概述

1.1.1 声学超材料起源

1.1.2 声学超表面的分类与结构原理

1.2 基于超疏水微结构的声学特性调控

1.2.1 超疏水概述

1.2.2 基于超疏水特性的水下声学特性调控

1.3 超疏水微结构的制备技术

1.4 课题来源与论文内容

2 激光刻蚀加工系统与表征测试装置

2.1 紫外激光刻蚀加工系统

2.2 测试与表征方法

2.3 水下声波透射/吸收特性测试装置

3 基于超疏水GFRP基底的水下声波吸收超表面

3.1 声波吸收材料概述

3.2 激光刻蚀制备工艺实验

3.2.1 样品制备

3.2.2 样品表面形貌与润湿性表征

3.3 吸声系数的测量与规律分析

3.4 表面润湿性对水下吸声特性的调控机理

3.5 本章小结

4 基于超疏水膜共振结构的水下声波透射超表面

4.1 声波透射材料概述

4.2 激光刻蚀制备工艺实验

4.2.1 样品设计与制备

4.2.2 样品测试与表征

4.3 表面微观形貌与润湿性

4.4 表面润湿性对膜共振结构透射系数的调控机理

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文内容总结

5.2 展望

致谢

参考文献

在校期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯光

导师: 李峰平,曹宇

关键词: 激光刻蚀,润湿性,超疏水,水下声学,声学吸收,声学透射

来源: 温州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,化学,工业通用技术及设备

单位: 温州大学

基金: NSFC-浙江两化融合联合基金项目(U1609209)“面向海工装备的超快激光加工超疏水复杂构建关键技术研究”,浙江省自然科学基金杰出青年项目(LR15E050003)“复杂曲面金属构件上的精确图形化超疏水微结构制备技术研究”

分类号: TB56;O647.5

总页数: 48

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