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水下航行器技术的迅速提升导致了对水下声吸收材料的需求显著增加。与在空气中使用的声吸收材料不同，水下声吸收材料必须在具有良好的声吸收性能的同时还具备耐高静水压力、防腐蚀等特性，这样能增加整个装备性能的稳定性和减少相应的成本。近期，中国科学院声学研究所杨军研究员团队的陈先梅在 Applied Sciences 期刊发表了题为“基于多功能一体化的水下吸声材料”的综述文章。 研究背景 近几十年来，水下航行器技术的提高极大提升了其整体性能。因此，对水下声吸收材料的研究兴趣日益增加。这是因为相比电磁波，声波能够在水中传播很长的距离 (在海洋中可达万米级)，而电磁波在水中传播时会很快衰减。水下声吸收材料主要有两个应用领域，即 (i) 主动噪声控制材料，用于减少水下航行器辐射的噪声，其声吸收频率范围为 50 Hz 至 10 kHz；(ii) 被动噪声控制材料，用于减少水下航行器的声目标强度，其声吸收频率范围为 1 kHz 至 30 kHz。 由于被动噪声控制材料的性能与成本比偏高、易于制备和服役的可靠性，导致其比主动噪声控制材料更受关注。通常情况下，水下声吸收材料被放置在水下航行器的表面，特别是对于那些航行于深海的航行器。因此，水下航行器所需的声吸收材料与空气中使用的声吸收材料不同，同时具备抗高静水压力、防腐蚀和其他重要性能的多功能一体化的水下声吸收材料的研究面临越来越严峻的挑战。本综述旨在为未来研究多功能复合水下吸声材料的开发和优化提供宝贵的资源，从而为水下航行器技术的进步做出贡献。 研究内容 本综述首先分别梳理了水下环境中的水声材料的吸声机制以及影响水下吸声材料的各种因素，比如孔隙率、孔径、密度、厚度等。同时总结了典型的吸声材料的类型，包括高分子聚合物基声吸收材料，金属基多孔吸声材料，陶瓷基吸声材料；超材料的研究进展；其次，讨论总结了水下吸声材料的防腐蚀机理和研究进展，以及实现耐腐蚀性的关键因素和方法；然后讨论总结了水下吸声材料的耐静水高压的机理和研究进展，以及增强静水压抵抗力的关键因素和方法。 最后，对近期关于同时具备耐静水压力和防腐蚀的水下吸声材料的研究进展作了一个总结，并讨论了多功能一体化的水下声吸收材料存在的挑战，比如在制备出多功能一体化材料的同时，需要得到多个性能的相互平衡，让材料的服役整体性能/成本比值比较好；复杂的工艺和流程；通常采用复杂工艺的情况下，成本比较高，材料比较昂贵等。针对这些挑战，本文提出了相应的解决方案，比如：采用复合材料的形式，材料微观结构和性质的优化，采用先进的制备工艺等。   总结与展望 本综述详细介绍了水下吸声材料的吸声机制，水下环境中的耐静水高压性和防腐蚀性的相关机理和关键影响因素，以及具备这些相关功能的吸声材料的研究进展。然而，开发多功能一体化的水下吸声材料仍具有一些挑战，包括研究出经济实用的制备技术，具备低频宽带范围的需求，具有轻质的材料以及其他性能上的限制。总体而言，需要进行更多的研究来开发出多功能一体化的水下吸声材料，以适用于各种服役需求。复合材料的研究、工艺创新技术和纳米科技技术，以及采用新的研究方法，可能会实现新材料的开发。 |
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