美科學家造出空中“聲波瓶”
- 發佈時間：2014-08-06 01:31:32 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 美國能源部（DOE）勞倫斯·伯克利國家實驗室科學家新開發出一種在空中製造“聲波瓶”的技術，能讓聲波路徑按預定曲線彎曲。這一技術有著廣泛的應用前景，包括超聲波成像與治療、聲學隱形、懸浮與粒子操控等。相關論文發表在最近的《自然·通訊》雜誌上。
聲波跟光波類似，都是沿一條直線傳播，但其路徑會由於反射、衍射或折射而彎曲。超聲醫學成像、材料檢測就是利用了這一原理。比如超材料就是一種能讓聲波、光波彎曲的人造奈米結構，但這些材料本身的性質限制了它們的應用，尤其在生物學方面。“我們想不靠人工介質也能彎曲聲波場。”勞倫斯·伯克利實驗室材料科學分部主管張祥（音譯）説，“我們的瓶子束技術能設計併合成‘聲波瓶’，引導聲波按設計的曲線通過齊性空間，而無需介質材料或其他任何人工設計材料。”
據物理學家組織網8月4日報道，研究小組創造的“聲波瓶”有著三維曲線外殼，由高聲壓壁包圍著內部零壓區，瓶子狀的聲波集中為一束，沿著外殼曲線傳播。聲波由直徑1.5釐米、間隔2.5釐米的揚聲器陣列産生，頻率為10千赫。
“我們的‘聲波瓶’束技術能直接用於目前的聲學系統，為控制聲學能量按需流動提供了新的自由度。”論文第一作者張鵬（音譯）説。由於“聲波瓶”的高壓壁施加了一個拉力，聲波不能從瓶內零壓區通過，由此可作為一種聲學捕獲器。而且瓶束不受內部任何障礙影響，當其傳播路徑被障礙物擋住時，還能自行恢復。研究人員用一根鋼棒驗證了這一點。
論文合著者李同倉（音譯）説，“聲波瓶”束開闢了廣泛的新用途，比如接近藏在障礙物後面的目標、聲學成像、可通過不均勻媒介的治療超聲波等。它還可用作一種隱身設備，改變聲波路徑，繞過目標後恢復原狀，讓聲吶系統無法發現目標。
此外，“聲波瓶”束還能用於聲駐波三維列印和聲懸浮。論文合著者朱傑（音譯）説：“我們的‘聲波瓶’束能帶來更穩定、真實的三維圖像，聲波束沿曲線路徑衍射時，其運動更自由。而且與其他聲懸浮技術相比，我們還能懸浮更大的三維物體。”
論文合著者、研究小組成員楊隋（音譯）指出，捕獲比半波長更大物體的能力，可讓“聲學瓶”束成為材料研究中一種更重要的新工具。“這種巨型聲波‘陷阱’有望帶來化學、材料學、生物科學等各方面的新技術和設備，比如造一個三維瓶狀的聲波‘陷阱’，把它作為微型化學反應器，控制生物運輸設備等。” （常麗君）
左圖 從聲源發出後，聲能形成一種三維“聲波瓶”，瓶壁為高聲壓壁，內部是零壓區。瓶底壓力場能自行彎曲繞過三維障礙物。
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