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干貨滿滿！“第四屆地質(zhì)與稀土樣品處理及檢測(cè)技術(shù)專場(chǎng)線上研討會(huì)”邀你報(bào)名
2025年5月15日14：00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“第四[詳細(xì)]
中國(guó)團(tuán)隊(duì)突破水-氣跨介質(zhì)聲通信技術(shù) 聲學(xué)超材料賦予我們新可能
2023年11月08日 11:41:22
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：5140
跨介質(zhì)通信作為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，在近年來(lái)受到了業(yè)內(nèi)高度關(guān)注，大量的假設(shè)以及成果脫穎而出，但其中，能夠根本上解決水-氣跨介質(zhì)聲通信效率問(wèn)題的技術(shù)卻并不多見(jiàn)。而從實(shí)用性角度來(lái)說(shuō)，水-氣跨介質(zhì)聲通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水下平臺(tái)與陸地平臺(tái)、空中平臺(tái)互聯(lián)互通的關(guān)鍵，尤其是在人類對(duì)海洋世界的探索與開(kāi)發(fā)不斷深入的今天，這項(xiàng)技術(shù)也顯得尤為重要。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】跨介質(zhì)通信作為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，在近年來(lái)受到了業(yè)內(nèi)高度關(guān)注，大量的假設(shè)以及成果脫穎而出，但其中，能夠根本上解決水-氣跨介質(zhì)聲通信效率問(wèn)題的技術(shù)卻并不多見(jiàn)。而從實(shí)用性角度來(lái)說(shuō)，水-氣跨介質(zhì)聲通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水下平臺(tái)與陸地平臺(tái)、空中平臺(tái)互聯(lián)互通的關(guān)鍵，尤其是在人類對(duì)海洋世界的探索與開(kāi)發(fā)不斷深入的今天，這項(xiàng)技術(shù)也顯得尤為重要。
而就在最近，中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了高效水-氣跨介質(zhì)聲通信，為海洋勘探、海洋生物成像以及海洋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等眾多領(lǐng)域提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
水-氣跨介質(zhì)聲通信的難點(diǎn)
高中物理中就提過(guò)，水與空氣都可以作為聲波遠(yuǎn)距離傳播的介質(zhì)，這也是高效水-氣跨介質(zhì)聲通信理論上可行的基礎(chǔ)，但是阻抗的存在則增加了實(shí)施的難度。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是聲音在跨越水-氣界線的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)損耗，并且這種損耗非常大，這也是水-氣跨介質(zhì)聲通信的根本難點(diǎn)。
具體來(lái)說(shuō)，由于水和空氣之間存在巨大的阻抗差異，當(dāng)聲波直接入射到水-氣界面時(shí)，聲波便會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，僅僅只有有0.1%的聲能量能透過(guò)界面?zhèn)鞑ァ．?dāng)然也不是說(shuō)沒(méi)有解決辦法，只是過(guò)去基于于共振的窄帶聲音傳輸方案，會(huì)限制通信容量和效率，并非理想的應(yīng)用方式。
聲學(xué)超材料帶來(lái)的可能性
事實(shí)上，知道了問(wèn)題所在，解決問(wèn)題的方向也就基本明確了。據(jù)悉，中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)將解決問(wèn)題的重心放在了協(xié)同調(diào)節(jié)梯度匹配層中的聲速和厚度上，根據(jù)相關(guān)資料中提到的就是“將每一層的聲學(xué)參數(shù)調(diào)節(jié)到一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的范圍，并利用空氣中的超材料和水中的空心構(gòu)型超材料實(shí)現(xiàn)指數(shù)分布的水-氣梯度阻抗匹配層”。
而在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，科研團(tuán)隊(duì)也證明了其設(shè)計(jì)并使用的聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)能夠在880至1760赫茲(Hz)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平均16.7分貝(dB)的聲能量透射增強(qiáng)，并且傳輸準(zhǔn)確率達(dá)到99.95%，相當(dāng)于已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高容量精確通信與高效通訊兩個(gè)目的。
據(jù)悉，目前該成果已經(jīng)在國(guó)際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《應(yīng)用物理通訊》(Applied Physics Letter)發(fā)表，并且被美國(guó)物理學(xué)聯(lián)合會(huì)《科學(xué)之光》周刊推薦報(bào)道，同時(shí)我們也有理由相信其后續(xù)的發(fā)展能夠?yàn)楸姸鄳?yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)新的可能。
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