综述：新兴声学-力学超材料：从物理引导设计到耦合驱动性能

这篇综述系统阐述了声学-力学超材料（AMMs）的设计原理与耦合机制，揭示了通过结构拓扑优化（如相干弱谐振耦合、阻抗调谐）突破声学效率-厚度因果限制的三大策略，为兼具噪声抑制（低频吸收、Helmholtz谐振）与机械性能（高强度-重量比）的多功能材料开发提供了范式转换。

　　

设计原理
声学-力学超材料（AMMs）通过将声学谐振单元嵌入机械高效架构（如晶格结构），实现了传统材料无法企及的多功能性。其核心挑战在于解决固体相连接（机械性能）与空气域共振（声学吸收）的物理矛盾。研究表明，微穿孔板（MPP）与晶格结构的复合设计可显著提升宽带吸声性能，而慢声效应（slow-sound effects）和管谐振（tube resonance）的引入进一步优化了低频吸收。

最优吸收策略
AMMs面临因果律决定的效率-厚度权衡，表现为中频段的吸收谷（anti-resonance dips）。突破该限制需采用三方面物理驱动策略：1）相干弱谐振耦合（coherent weak coupling），通过多谐振单元干涉拓宽频带；2）几何阻抗调谐，利用螺旋通道或分级孔隙调控声阻抗匹配；3）本征损耗工程，如引入粘弹性材料增强粘滞耗散。其中，赫姆霍兹谐振器（Helmholtz resonator）的阵列化设计可达成>90%吸收率且厚度<λ>

耦合机制
AMMs的声-机耦合强度可分为三级：弱耦合（声/机功能独立优化，如分形结构）、中度耦合（几何共享但参数可调，如分级蜂窝）、强耦合（性能协同增强，如双曲晶格）。关键发现表明，母材选择（金属vs聚合物）、单元尺度（亚波长设计）和拓扑互锁程度共同决定耦合效应。例如，钛合金晶格通过谐振腔-承载梁一体化设计，同时实现120 dB吸声和500 MPa抗压强度。

增材制造挑战
当前AMMs面临制造保真度瓶颈：1）激光粉末床熔融（LPBF）易导致微孔变形，影响谐振频率；2）光固化成型（SLA）的阶梯效应会改变声阻抗；3）多材料打印的界面缺陷可能削弱力学性能。解决方案包括拓扑补偿算法和原位声学监测技术。

超越声-机功能
AMMs正拓展至热-声耦合（如声子晶体热障涂层）、电磁屏蔽（超表面集成）和生物医学（可植入降噪支架）领域。人工智能（AI）驱动的逆向设计有望加速多目标优化，例如通过生成对抗网络（GAN）同步预测声学带隙与屈服强度。

总结
AMMs通过几何-物理-功能的深度耦合，为下一代工程系统（如航空航天声学衬层、轨道交通降噪结构）提供了可编程材料平台。未来需突破多尺度制造瓶颈，并建立跨尺度声-机耦合的定量预测模型。