近年来，声学超材料成为操控声波传播路径的有力手段，为人们实现各类奇异的声场调控提供了新思路。在针对声场调控的器件实现中，其所需的声学参数往往随着空间位置的变化而变化，这对声学超材料的参数调控能力提出了挑战。
为了适应不同的声场调控需求，中国科学院声学研究所噪声与音频声学实验室的博士毕亚峰和博士研究生周萍及其导师杨军研究员、贾晗研究员等人提出了一种独立调控质量密度和体积模量的声学超流体。研究人员准确推导了该声学超流体的等效声学参数，通过仿真和实验验证了理论的准确性以及对声学参数的独立调控能力，并利用该超流体实现了阻抗匹配的水下梯度透镜和水下隐身毯。相关研究成果发表于国际学术期刊 Materials & Design（Top 1区，IF = 8.4）。
研究人员通过将空心正多边形结构周期排列在水中，构建了二维声学超流体。 借助有效介质理论，声学超流体的等效质量可表示为各组分的平均质量，其等效模量则取决于背景介质和空心正多边形在均匀负载下的截面形变。根据得到的声学参数表达式，声学超流体的质量密度和体积模量可以被快速和准确地进行调控。研究人员进一步设计了两组不同几何构型和材质的声学超流体，验证了其对质量密度和体积模量的独立调控能力。在此基础上，研究人员利用该声学超流体设计和实现了阻抗匹配型的水下梯度透镜和水下声学隐身毯，并通过仿真和实验验证了其在宽频范围内的有效性。
本次工作中所提出的声学超材料极大地拓展了水下声学超材料的适用性，有望推广到水下探测与隐身、生物医学超声成像和基于阻抗匹配的声学通信等实际应用中。
该研究得到了广东省重点领域研究开发项目（No.2020B010190002）、国家自然科学基金（No.11874383, No.12104480）、声学研究所前沿探索项目（No. QYTS202110）的资助。
图1 空心构型超流体的几何构型和独立调控示例（图/中国科学院声学研究所）
图2 阻抗匹配型梯度透镜的仿真和实验验证（图/中国科学院声学研究所）
关键词：
独立调控 空心构型 阻抗匹配 梯度透镜 隐身毯
参考文献：
Yafeng Bi, Ping Zhou, Han Jia, Fan Lu, Yuzhen Yang, Yimeng Zhang, Peng Zhang, Jun Yang. Acoustic metafluid for independent manipulation of the mass density and bulk modulus. Materials & Design, 233 (2023) 112248. DOI:10.1016/j.matdes.2023.112248.