阻抗匹配型水下声传播调控超材料器件的设计与验证

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874383
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2301.线性与非线性声学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Acoustic metamaterials are artificial structures which can obtain some extraordinary acoustic parameters that cannot be realized using natural materials. These unique properties provide possibilities to manipulate the propagation of acoustic waves. So far, researches on underwater devices based on acoustic metamaterials mainly focused on adjusting the effective refractive index while the impendence was not considered. However, reflections caused by the mismatch of the impedance may bring extra disturbance and reduce the energy transmission efficiency. Referring to our previous experiences in the airborne impendence-matching acoustic bend and underwater devices, we propose a method of adjusting the effective bulk modulus and the effective density simultaneously by using composite metamaterial structures in this project. Moreover, a theoretic coupled model will be analyzed when interactions between different components of structures are taken in account. Based on these theories, impendence-matching devices aimed at manipulating the sound propagation in water will be designed and fabricated, such as the underwater bend and the acoustic carpet cloak. Additionally, both simulations and experiments will be investigated to verify the efficiency of proposed devices. Considering the importance and practicability of the impendence-matching devices, this work will explore the basic physical mechanism of underwater metamaterial structures and characterize the acoustic wave propagation coupled with devices. These will contribute to the theory system of underwater metamaterials and find potential practical applications in underwater communications or detections.
声学超材料由于广泛灵活的参数调控能力而被大量运用于声传播调控器件设计中。然而,目前基于超材料的水声器件研究主要集中在等效折射率调控,忽略了器件与背景材料间及器件内部的阻抗匹配。阻抗不匹配导致的能量反射,会对器件工作效率产生较大影响。基于申请者之前对空气声阻抗匹配型超材料器件和水下声传播调控器件的研究经验,本项目提出利用复合结构声学超材料协同调控等效密度与等效体积模量的研究思路,通过研究不同超材料结构单元之间的耦合理论模型,掌握并实现奇异等效声学参数的结构构造与单元组合方法。在理论机理研究基础上,本项目还将设计、制备阻抗匹配的声学弯管、声学隐身毯等水下声传播调控超材料器件,并进行实验验证。在声学器件设计中,阻抗匹配将大幅降低界面处的声反射,提高工作效率,因此本项目研究不仅有助于加深和拓宽人们对水下声学超材料的物理机理认识,还能够为水下声学超材料走向实际应用提供理论基础和技术储备。

结项摘要

声学超材料由于广泛灵活的参数调控能力而被大量运用于声传播调控器件设计中。然而,目前基于超材料的水声器件研究主要集中在等效折射率调控,忽略了器件与背景材料间及器件内部的阻抗匹配,这种阻抗不匹配导致的能量反射,会对器件工作效率产生较大影响。本项目针对这一问题开展深入研究,提出了基于Biot流体与五模材料两种机理的水下超材料等效密度与等效体积模量的独立调节方案,并利用所获得的密度与体积模量独立调节能力设计出具有各向异性密度、各向异性体积模量等多种奇异声学参数的阻抗匹配水声超材料;在超材料单元的研究基础上,通过建立超材料结构单元之间的耦合理论模型,研制出包括基于五模材料的水下声学隐身毯、五模材料型涡旋波水下复用声通讯超表面、基于合成泡沫的阻抗匹配型水下声学隐身毯、宽频水气阻抗匹配层等阻抗匹配型水下声传播调控超材料器件。本项目研究所取得的水下超材料设计方法有助于加深和拓宽人们对水下声学超材料的物理机理认识,同时所研制的阻抗匹配型超材料器件在水声通信、海底目标声隐身等方面有着重要的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Tunable composite waveguide based on piezoelectric phononic crystal
基于压电声子晶体的可调谐复合波导
  • DOI:
    10.1063/1.5084552
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Hu Ruixia;Wu Jien;Yang Yuzhen;Wang Xiaoyun;Jia Han;Deng Ke;He Zhaojian;Zhao Heping
  • 通讯作者:
    Zhao Heping
Multi-order resonators for acoustic multiband asymmetric absorption and reflection
用于声学多频带不对称吸收和反射的多级谐振器
  • DOI:
    10.1063/5.0084450
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Yuchi Yu;Han Jia;Yuzhen Yang;Han Zhao;Quanquan Shi;Peng Kong;Jun Yang;Ke Deng
  • 通讯作者:
    Ke Deng
Study on asymmetric diffraction of acoustic parity-time-symmetric gratings using rigorous coupled-wave analysis
利用严格耦合波分析研究声学奇偶性时间对称光栅的不对称衍射
  • DOI:
    10.1121/10.0001513
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of the Acoustical Society of America
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Yang Yuzhen;Jia Han;Yang Jun
  • 通讯作者:
    Yang Jun
Diffraction control in a non-Hermitian acoustic grating
非厄米特声光栅中的衍射控制
  • DOI:
    10.1063/5.0004104
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yang Yuzhen;Jia Han;Wang Suhao;Zhang Peng;Yang Jun
  • 通讯作者:
    Yang Jun
Realizing broadband sub-wavelength focusing and a high intensity enhancement with a space-time synergetic modulated acoustic prison
时空协同调制声监狱实现宽带亚波长聚焦和高强度增强
  • DOI:
    10.1039/d0tc01984d
  • 发表时间:
    2020-07-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Ma, Fuyin;Chen, Jianyu;Jia, Han
  • 通讯作者:
    Jia, Han

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其他文献

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二维结构声表面波的色散特性及成像研究
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    27.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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