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多孔吸声材料的原理-多孔吸声材料有哪些

1. 多孔材料概述

多孔材料广泛存在于我们周围环境中,它们能起着结构、缓冲、保温隔热、吸声、过滤等作用。关于多孔材料,其定义规定必须满足如下两个条件:一是材料内部含有大量孔隙(或孔隙率较高);二是材料的孔隙能够产生某种功能用途,被使用者用来满足自己预期实现的某种功能指标要求。因此,多孔材料的孔隙率常常被人们高度重视,也常被称为实现多孔材料特殊功能需求而侧重调整的重要参数,人们经常用它发挥优化材料性能的作用。

多孔材料因为高耗能、高强度等功能特性,一直是近几年国内外关注的研究热点。根据材料的应用特点,多孔材料可以分为功能材料、结构材料及功能与结构一体化材料三种类型。多孔材料的许多性能是由其孔结构自身本质特性决定的。

 

从孔的连通性和与外界的关系来看,多孔材料的孔结构可以分为闭孔和开孔。显然,图中显示的闭孔(Closed pores)可定义为周围被固体相包围,与外围介质无联通的孔,它主要对材料的密度、热导率等宏观性能产生影响;图中显示的开孔(Open pores)可定义为孔与外部介质相互连通的孔结构。根据孔与外部介质方式开孔又分为半开孔和通孔两种结构。开孔结构主要为人们用来作为过滤、催化和吸声等功能材料设计使用。

2. 多孔吸声材料的原理

多孔材料具备吸声功能主要是因为多孔材料内部孔存在内在阻尼和孔隙表面的黏滞损耗等吸声机制。当声波入射到多孔材料表面时,其中一部分声波会通过不同方式进入材料的内部,另一部分声波在材料表面反射出去。进入材料内部的那部分声波在孔中传播时,带动空气运动产生黏滞和摩擦作用,同时一些小孔中的空气,受到压缩时其温度升高,并加上材料的热传导效应,使声能逐渐转化为热能所消耗,这一转化的过程是不可逆的,因此材料产生了吸声作用。

3. 多孔吸声材料有哪些,多孔吸声材料种类图片

传统多孔材料根据原材料性质分为金属多孔材料、陶瓷多孔材料和无机等多孔材料,它们的特点及应用范围总结如下:

(1)金属多孔材料

 

金属多孔材料可以分为金属纤维和金属泡沫两种形态。多孔金属材料具有曲折相连的孔隙,是理想的降噪材料,在飞机、汽车和建筑物的噪声控制等方面具有广泛的应用,但成本高,难以大范围推广。

(2)陶瓷多孔材料

 

无机多孔陶瓷材料由于具有大量的三维连通的网状孔隙使其也成为良好的吸声材料,但三维连通的网状孔隙结构用作吸声材料时,要求具有较小的孔隙尺寸(20μm~150μm)、较高的孔隙率(60%以上)及较高的机械强度,多数用于较高隔音要求的场合。

(3)有机多孔材料

 

有机泡沫塑料吸声材料如聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等,具有优异的中低频吸声性能,并且成本也低,但由于其不防火、易腐烂等特性,使得这种材料的应用受到限制。

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