东华张世超/丁彬《ACS Nano》高温噪声吸收用柔性陶瓷纤维气凝胶

科技 08-13 来源：高分子能源

航空噪声污染已成为一个重大的公共卫生问题，特别是随着飞行速度和装载能力的不断提高。现有的航空吸声器存在重量大、高温稳定性差、难以同时达到良好的低频（<1000 Hz）和高频（最高6000 Hz）吸声的致命缺陷。在这里，我们报告了一种稳健的策略，通过气泡辅助冷冻铸造技术制造具有级联共振腔的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶。由柔性陶瓷纳米纤维、软蒙脱石纳米片和硅溶胶胶共同组装的稳定铰接共振腔结构赋予气凝胶不随温度变化的可压缩性（-196 至 1100 °C）和可弯曲性。而且，级联共振腔和相互连接的纤维网络的综合优势使柔性陶瓷纳米纤维气凝胶具有不随温度变化的全频噪声吸收性能（在63-6300 Hz时降噪系数高达0.66）。这种柔性陶瓷纳米纤维气凝胶的合成为各领域高效吸音材料的设计提供了一个多功能平台。

图文简介

FCNA 的结构设计和分层架构

级联谐振腔结构的形成机制

FCNA 的机械性能

FCNA 的噪声吸收性能。(a) 级联谐振 FCNA 的几何形状和传输阻抗计算。(b) 传输阻抗计算的等效电路。(c) 不同厚度FCNA的吸声系数。(d) 不同厚度的 FCNA 的气流电阻率和 NRC。(e) FCNA 在中心共振频率上的绝对声压分布。(f) 雷达图显示 FCNA 与其他代表性噪声吸收器的特征比较。照片显示了商业纤维毡和 FCNA 在 1100°C 高温下的 (g) 白噪声吸收和 (h) 空气压缩机噪声吸收的直接应用。

总之，我们开发了一种通过集成柔性陶瓷纳米纤维、软蒙脱石纳米片和硅溶胶胶来构建具有级联谐振腔的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶的简便方法。由气泡模板诱导的稳定铰接陶瓷空腔结构赋予了 FCNA 稳健的不随温度变化（-196 至 1100 °C）的机械性能，可承受 1000 次弯曲循环而不会造成结构损坏，并且在 1000 次后仅表现出 5% 的塑性变形压缩循环。此外，得益于级联谐振腔和互连纳米纤维网络的综合优势，FCNAs表现出不随温度变化的全频噪声吸收性能，在63-6300 Hz的降噪系数高达0.66。我们相信，具有级联谐振腔的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶的开发将在各个领域扩展高温和先进吸音材料的设计。此外，还有多种其他材料，类似于 SiO2纳米纤维和 MMT 纳米片也可以参与 FCNA 的构建，从而为开发先进的功能性气凝胶提供了许多机会。