超材料降噪新突破！

近日，南京大学现代工程与应用科学学院陈延峰教授、卢明辉教授团队，在Electrical Materials and Applications期刊上发表了以"New trends on noise reduction for power grid by acoustic  metamaterials"为题的综述论文，本文介绍了不同声学超材料在吸声、隔声、振动控制方面的物理机制和最新发展情况，并简要描述了基于人工智能技术的最新设计方法。最后讨论了声学超材料在电网设施设备降噪方面的潜在应用。

未来电网或将“静悄悄”

随着城市化进程加速，电力需求激增，变电站、变压器等电网设施产生的噪音污染问题日益突出。低频噪音（400Hz以下）穿透力强、传播距离远，传统吸音材料难以有效应对，居民投诉频发。如何突破技术瓶颈，实现“轻量化、低频高效”的噪音控制？声学超材料的兴起，为这一难题提供了全新解决方案。

传统降噪为何“力不从心”？

目前电网设施主要依赖吸音棉、隔音罩等传统材料（图1），但这些方法存在明显短板：

（图1）

• 低频吸收差：多孔材料依赖粘滞热效应，对低频声波吸收效率低。
• 笨重且安全隐患大：隔音结构需增加质量（遵循“质量定律”），导致设备散热困难、加速老化，甚至引发火灾风险。
• 维护成本高：大型隔音屏障建设复杂，后期检修难度大。

声学超材料：颠覆传统的新星

声学超材料通过微观结构设计，而非依赖原材料特性，实现“以小控大”的声学性能。其核心优势包括：

• 超薄低频吸音：厚度仅为波长1/50的结构即可高效吸收低频声波。
• 打破质量定律：轻量化设计下，隔音性能远超传统材料。
• 防火耐腐蚀：可选用金属、陶瓷等材料制造，兼顾安全与耐用。

三大“黑科技”结构

1、薄膜型超材料（图2）

（图2）

通过薄膜与空气腔共振，在特定频率（如312Hz）实现近乎完美的吸声效果。例如，南京大学团队设计的复合薄膜结构，厚度仅15mm即可高效吸收312Hz频点处声波。

2、亥姆霍兹共振器（图3）

（图3）

利用腔体共振原理，精准吸收目标频率噪音。通过调节颈部长度或形状，可灵活控制共振频率，甚至实现宽带吸声。

3、法布里-珀罗谐振器（图4）

（图4）

折叠通道设计延长声波路径，在超薄厚度下（如17mm）吸收低频声波，结合深度学习技术，可定制宽带吸声结构。

从“隔音”到“减振”：超材料的全能应用

除了空气传声控制，超材料在结构振动抑制领域同样大放异彩：

• 声子晶体：通过周期性共振单元形成“禁带”，阻隔低频振动传播。
• 主动调控：引入压电材料，通过外部电压实时调节隔振频率，适应复杂工况。

例如，新加坡南洋理工大学团队设计的蜂窝夹层结构，解决了传统蜂窝板低频隔音“盲区”，平均隔声性能提升30%。

AI助力：超材料设计的“加速器”

传统设计依赖试错法，耗时费力。如今，深度学习正颠覆这一流程：

• 卷积神经网络（CNN）：快速生成超薄 吸声结构，38.6Hz超低频噪音也能“一键消除”。
• 串联神经网络（TNN）：从目标性能逆向推导材料参数，实现“按需定制”。

南京大学团队利用AI设计的层状超材料，在50-600Hz频段内隔声性能提升显著，验证了智能化设计的巨大潜力。

未来展望：让电网“静音”成为可能

声学超材料有望直接替代传统隔音层，或与设备结构融合（如散热片内置共振单元），实现“源头降噪”。其轻量化、可定制化特性，将大幅降低变电站设计难度，缓解城市规划矛盾。

随着材料科学与AI技术的结合，未来或将诞生电磁-声学多功能超材料，为电网设施提供更全面的“静音护盾”。