量子科学带来的隔音新材料

微小亚原子粒子的特性让科学家有机会能研发出一种超级隔音材料。研究人员使用量子力学理论来研发新材料,他们表示,这种材料几乎可以隔绝任何声音和振动,可以用来帮助减少工业过程中的振动,或为新产品的测试提供一个超安静环境。

与其它的隔音材料不同的是,这种新材料能够“控制”声音。来自苏黎世瑞士联邦理工大学(ETH)的研究人员表示,这项技术可以将声音的传播导向同一个方向,或者像透镜一样将声音汇聚在一处。因而,它可以使房间安静,也可以让声音穿过。

新隔音材料利用了量子力学中提到的“边缘状态”,在这种物理状态下,电流(摆动,机械振动)沿着材料的边缘流动,而内部系统却没什么变化。

瑞士联邦理工大学的理论物理学家Sebastian Huber教授指导了这项研究,他表示:“我们的研究结果有助于拓扑声学超材料的设计,该材料可以作为稳定的波导,维持表面声子的稳定。”

这研究发表于science杂志上,重点关注拓扑绝缘体材料的量子特性。

这类材料的导电特性的变化取决于是否受到拉伸或压缩的影响。Huber教授和他的同事们利用数学公式,阐释了如何利用材料中的粒子特性来设计一个现实的系统。他们在一个矩形格子中使用270摆动组成一个力学模型,用小弹簧使其彼此连接。在另一端,摇晃其中两个钟摆,模拟材料受到声音影响时的振动情景,他们可以观察到材料外部的运动情况。然而,尽管矩阵外部的钟摆在有节奏的振动,但是钟摆的中心却始终保持完全静止。研究人员正在尝试研发一种新的设备,没有摆,而且大小只有几厘米。

我们可以利用隔音材料来创建新型“消音室”,需要在内部放置类似“蛋盒”形状的材料来吸收和抑制振动。

如果这一新成果测试成功,将大大减少创建一个消音室所需要的成本。

瑞士联邦理工大学的力学和材料研究员Chiara Dario教授表示:“这一新应用是极具挑战性的,但也是具有现实意义的。”

拓展阅读

人们常说沉默是金,但在美国有这样一个绝对安静房间,待一段时间后会让人抓狂。

在南明尼阿波利斯Orfield实验室进行的一项测试中,测试者能在完全安静的消音室坚持的最长时间为45分钟。这个地方因为能吸收99.99%的声音而保持世界吉尼斯记录,成为最安静的地方。但在那儿呆太久,人就有可能产生幻觉。

利用3.3英尺(绝缘钢和混凝土墙的两倍厚)厚的声楔形玻璃纤维,可以实现超静音。

在这样安静的地方,人们会失去方向感,不得不坐下来。许多制造商会借助该消音室来测试它们产品的声音强度。(科学之家,译审:CR Yang)

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