基于柔性声学超表面的最新成果

德国Weily集团期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）近日在线发表了华中科技大学光电信息学院臧剑锋团队基于柔性声学超表面的最新成果，论文还被选为内封面（Inside Front Cover）。

近年来，作为超材料的一种，声学超表面（Acoustic metasurface）逐渐成为研究热点。声学超表面拥有深度亚波长的器件厚度和非凡的声波操控性能，因此在医疗成像，声学通信，粒子操控等领域有着巨大的应用前景。

目前超材料设计主要包括局域共振结构如薄膜共振器和空间扭曲超表面等。这些设计能以亚波长的器件尺度操控声波，实现诸如声吸收，隐身，非对称传输等自然界材料难以实现的神奇功能。长久以来，人们都试图把前沿的超材料或超表面真正实用化，但是这个目标仍然受制于超材料目前笨重的材料和装置，刚性的结构以及量产化的困难。所以我们急需新的材料范式和制作方法来解决这些问题。

研究团队将聚合物等软材料和静电纺丝制备方法引入声学超材料设计。他们创造性地提出了基于软纤维/硬颗粒复合网络的超薄声学相位调控薄膜，并且根据中国传统镂空剪纸的思想，将薄膜加工成具有连续图案变化的可定制多功能超表面。

研究者类比于弹簧振子模型，设计并实现了拥有亚微米级柔性聚合物纤维/硬质金属颗粒复合网络的薄膜。这种薄膜能使入射声波发生180度的相位改变，而其厚度只有所调控波长的1/650，实现了目前最薄的声学超表面。

进一步地，他们利用激光切割的方法在薄膜上加工一系列不同的镂空图案，实现了声学涡旋，声学超振荡等一系列前沿的声学现象和应用。这种基于聚合物材料的全新设计实现了柔性的多功能定制超薄声学超表面，并且为低成本量产化超材料提供了可能。

学院2016级硕士生唐瀚川是该论文的第一作者，指导教师臧剑锋教授和物理学院祝雪丰副教授是该论文共同通讯作者，其他合作者还包括2014级本科生陈哲思、以及2015级博士生唐妮。该成果还在2018年国际柔性电子会议上获得了最佳墙报奖，由美国工程院院士、西北大学黄永刚教授为唐瀚川颁奖。