根據世界衛生組織的統計數據可知，聲學噪音對于人類生活具有巨大的危害，已成為繼空氣污染之后的人類公共健康的第二個殺手。傳統吸聲材料主要是聚合物泡沫及穿孔板等，雖然可顯著降低聲波傳輸，但是隨著社會工業化發展和噪音污染加劇，目前對于吸聲材料結構及性能提出了更高需求。
二維石墨烯超薄片層的高面內剛度和大面外彈性，在納米共振器件領域展示出巨大應用潛力。但由于石墨烯在組裝中易產生片層堆積，因此如何在宏觀吸聲領域中利用超薄二維片層的共振效應仍存在挑戰。浙江大學高分子系劉英軍副研究員、許震研究員及高超教授課題組通過實驗及模擬揭示了超薄石墨烯的強共振效應，提出了利用超薄二維石墨烯鼓的優異共振效應提升商用泡沫的吸聲能力，構筑了高性能宏觀吸聲泡沫，在噪音防護、建筑設計及聲學設備等領域具有重要實用價值。設計思想：在傳統低成本高分子泡沫骨架內部構筑超薄石墨烯納米鼓結構，既保證了整體孔隙的聲波摩擦損耗，又保證了微結構對于聲波的共振吸收。為防止石墨烯在傳統聚合物泡沫內部的聚集，該工作首先將氧化石墨烯浸漬到泡沫骨架上，隨后利用課題組提出的溶塑發泡技術（Science Advances, 2020, 6(46):eabd4045）構筑超薄石墨烯納米鼓結構。通過實驗及模擬以超薄的石墨烯膜作為模型，揭示了石墨烯的共振效應與石墨烯厚度呈現負相關，當厚度增加到320 nm時，基本未產生明顯共振峰（200-6000 Hz），為高性能吸聲材料的構筑及設計提供了理論基礎。證明了在200-6000 Hz的頻率范圍內，高性能石墨烯吸聲泡沫相比商用泡沫的平均吸聲性能可提高~320%，超過大部分已報道吸聲材料。該工作還展示了所制備高性能石墨烯泡沫在不同頻率聲音及不同音樂環境下的實際應用效果。該研究的最大意義在于，通過簡單的制備即可將商用泡沫轉化為高性能吸聲材料，并且價格低廉，容易量產，對于在宏觀聲學領域發揮二維超薄材料優異振動效應的研究有著重要啟示意義。論文的第一作者為浙江大學高分子新物質創制國際研究中心、高分子科學與工程學系博士后龐凱，其中博士后劉曉婷為共同第一作者。該論文得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、浙江大學百人計劃、中央高校專項基金等相關經費的資助。Pang K.; Liu X.;Pang J.; Samy A.; Xie J.; Liu Y.; Peng L.; Xu Z.; Gao C.,Highly efficient cellularacoustic absorber of graphene ultrathin drums. Advanced Materials, 2022, Accepted. (DOI: 10.1002/adma.202103740)
來源：高分子科學前沿
