用于高性能声学通风口的脊网状双尺度纳米纤维 - 纳米线网络仿生膜设计

《Science China-Materials》：Biomimetic membrane design with ridge-netted dual-scale nanofiber-nanowire networks for high-performance acoustic vents

　　

摘要

在极低温条件下，智能声学设备因冰层积聚阻碍声路而可靠性降低，同时大多数现有纤维保护膜仍在防冰性能和声学透明度之间面临权衡。受Papilio paris翅膀的分层结构启发，我们提出了一种环保的电脊网状策略，通过耦合电液动力学射流演变和相分离，实现了仿生双尺度纳米纤维-纳米线网络（Bio-net）声学膜的简便制备。该策略创造了类脊状支架纳米纤维，与由深亚波长纳米线（约14纳米）组成的二维（2D）Voronoi纳米网络无缝集成，形成无氟超疏水膜，具有纳米级孔隙（约336纳米），可高效防水。Bio-net膜表现出593.2秒的延迟结冰时间和15.3千帕的低冰粘附强度，有效抑制了极端寒冷条件下的冰层积聚。同时，其可呼吸的多孔结构和超低气流电阻最小化了声学阻抗不匹配，在63-6300 Hz范围内实现了出色的声学透明度，传输损失低于1.78分贝。当部署在声学电子系统中时，该膜在-20°C下提供持久、高保真的声学保护。本研究将防冰性能与宽带声学透明度相结合，为极端环境中的下一代纤维声学保护膜确立了仿生设计范式。

在极低温条件下，智能声学设备因冰层积聚阻碍声路而可靠性降低，同时大多数现有纤维保护膜仍在防冰性能和声学透明度之间面临权衡。受Papilio paris翅膀的分层结构启发，我们提出了一种环保的电脊网状策略，通过耦合电液动力学射流演变和相分离，实现了仿生双尺度纳米纤维-纳米线网络（Bio-net）声学膜的简便制备。该策略创造了类脊状支架纳米纤维，与由深亚波长纳米线（约14纳米）组成的二维（2D）Voronoi纳米网络无缝集成，形成无氟超疏水膜，具有纳米级孔隙（约336纳米），可高效防水。Bio-net膜表现出593.2秒的延迟结冰时间和15.3千帕的低冰粘附强度，有效抑制了极端寒冷条件下的冰层积聚。同时，其可呼吸的多孔结构和超低气流电阻最小化了声学阻抗不匹配，在63-6300 Hz范围内实现了出色的声学透明度，传输损失低于1.78分贝。当部署在声学电子系统中时，该膜在-20°C下提供持久、高保真的声学保护。本研究将防冰性能与宽带声学透明度相结合，为极端环境中的下一代纤维声学保护膜确立了仿生设计范式。