纳米限域冷冻辅助原位聚合构建层级架构声学超气凝胶实现低频宽带吸声

《Nature Communications》：Strong acoustic meta-aerogels enabled by nanoconfined directional freezing and in-situ polymerization

　　

摘要

在机械鲁棒、空间高效的声学材料设计中，实现低频宽带吸声仍然是核心挑战之一。在此，我们报告了一种纳米限域冷冻辅助原位聚合策略，该策略能够构建具有纳米–微米–宏观层级架构的声学超气凝胶。在纳米限域条件下，钙铝硅水化（C-A-S-H）纳米颗粒沿取向微通道成核并组装，其中锚定在通道壁上的纳米多孔钙铝硅水化相引起吸附–脱附滞后效应，从而产生类谐振腔的声学响应，增强了低频吸声能力。该多尺度构型以强结合的钙铝硅水化纳米颗粒强化取向微通道，既促进了高效的载荷传递和结构完整性，又有利于界面能量耗散。所得气凝胶具有低密度（约50 mg cm^-3）、高抗压强度（约1.88 MPa）和高韧性（约959 kJ m^-3），同时表现出显著的低频吸声和宽带性能，降噪系数为0.85，在550 Hz处的吸声系数达1.00，优于同等厚度的现有材料。更广泛地说，本工作建立了一种通用的纳米限域设计策略，用于工程化层级声学材料，将纳米尺度界面过程与宏观功能相关联，为多功能多孔材料设计提供了一个灵活的平台。