一种多重沟槽超表面吸声防污结构及其制备方法

本发明涉及水下吸声和防污，具体地说，涉及一种多重沟槽超表面吸声防污结构及其制备方法。

背景技术：

1、水下吸声涂层长期浸没在海水中，难以避免会受到海洋污损生物的影响，海洋生物的附着不但会改变吸声涂层的表面形貌，还会显著改变它的声学特性，进而会导致水下吸声涂层的吸声性能显著下降。因此，水下吸声材料在实际运用中都要考虑防污的问题。然而，现阶段绝大多数水下吸声材料的研究都只专注于吸声，而将防污作为后一阶段的问题，仅仅通过后期添加毒饵或增加涂层等来抑制海洋生物附着生长。目前为止还没有形成同时实现吸声及防止海洋生物附着的有效应用技术。

2、后期添加的毒饵不但会污染海洋环境，还会一定程度降低水下吸声材料原本的吸声性能。在水下吸声材料表面添加微结构是一种新的思路，其中声学超表面是结合相控阵波场控制原理与亚波长结构提出的新概念，通过将亚波长微结构按照特定的空间分布排列构成一维或者二维的表面结构，形成特定的反射或透射波相位梯度，实现对波的任意折射、聚焦成像、高效表面波耦合等控制，是水下吸声的有效方法。同时，基于仿生原理的表面微结构防污也是运用广泛的一种防污方式。其基底选用的纳米高分子材料通过配方设计，可实现对入射声波能量的最大损耗。因此，以表面微结构为突破口，在水下吸声纳米复合材料基底上添加设计的表面微结构，可望同时实现吸声和防污功能的一体化。

技术实现思路

1、为解决现有水下吸声涂层防污性能的不足，本发明的目的在于提供一种多重沟槽吸声防污超表面结构，通过在作为基体材料的纳米高分子弹性体表面添加超表面结构，在不降低原有材料吸声性能的前提下，提升其防污性能，可以防止大型污损生物的附着，使其在测试的吸声范围内平均吸声系数在0.8左右，并具有一定的耐压特性。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种多重沟槽超表面吸声防污结构，包括多重沟槽结构和基底，多重沟槽结构的沟槽的深度不一致且呈周期排列，沟槽宽度和沟槽间隔在不同周期内相同。

4、进一步地，沟槽的深度在同一周期内逐渐增加或者逐渐减小或者先增加后减小或者先减小后增加。

5、进一步地，沟槽的深度在不同周期内是一致的或者不一致的。

6、进一步地，多重沟槽结构的深度h在1-5mm之间；所述多重沟槽结构的宽d在1-2mm之间，所述多重沟槽结构的沟槽间隔d在1-5mm之间；基底的厚度在5-50mm之间。

7、进一步地，多重沟槽超表面吸声防污结构的材料为多层碳纳米管改性的聚二甲基硅氧烷。

8、进一步地，纳米高分子材料为聚二甲基硅氧烷与多壁碳纳米管的复合涂层，以样品的总重量为100％计，其中聚二甲基硅氧烷含量96-96.5%，多壁碳纳米管含量0.5-2%，分散剂d191与d192含量各1-1.5%。

9、进一步地，一种多重沟槽超表面吸声防污结构的制备方法，包括如下步骤：

10、（1）使用锯齿刀加工铝合金原料制成金属模具底座，将所述底座与金属模具套环组合成金属模具使用；

11、（2）称取pdms、分散剂d191、分散剂d192，mwcnts-cooh并混合均匀，在三辊研磨机上研磨后再加入pdms并混合均匀得到混合液；

12、（3）将所述混合液置于真空干燥箱中脱气，直至气泡不可见，获得液态纳米复合涂层psm；

13、（4）将所述液态纳米复合涂层psm均匀地倾倒于所述金属模具中，将所述金属模具和所述液态纳米复合涂层psm置于烘箱内固化后获得具有多重沟槽吸声超表面结构的涂层；

14、（5）使用声学阻抗管对所述多重沟槽吸声超表面涂层进行水下吸声性能测试与高压环境下的吸声性能测试。

15、进一步地，步骤（2）中所述称取pdms组分a质量为86.5-89g，所述分散剂d191或所述分散剂d192的质量为1-1.5g，所述mwcnts-cooh的质量为0.5-2g。

16、进一步地，所述步骤(2)再加入pdms组分b的质量为7.5-9.5g，所述步骤（3）真空干燥箱中脱气时间为60-90min，所述步骤（4）中将所述金属模具和所述液态纳米复合涂层psm置于65℃烘箱内固化90min-120min。

17、与现有技术相比，本发明的有益之处在于，一方面，本发明所述超表面结构在500hz-10000 hz宽频范围内最高平均吸声系数达0.72，且最高吸声峰在低频段，对应的吸声系数高达0.98，实现1/30倍的亚波长水下高吸声性能，另一方面，在0.1-1mpa的较高压环境下，本发明所述超表面结构受高压环境影响较小，吸声表现相较于平整表面材料有显著优势。防污的设计可以防止大型污损生物的附着。本发明克服了传统水下吸声材料受高压环境影响较大的关键问题，为研究吸声防污一体化的水声覆盖层提供了新的思路和指导。

技术特征：

1.一种多重沟槽超表面吸声防污结构，其特征在于，包括多重沟槽结构和基底，所述多重沟槽结构的沟槽的深度不一致且呈周期排列，沟槽宽度和沟槽间隔在不同周期内相同。

2.根据权利要求1所述的多重沟槽超表面吸声防污结构，其特征在于，所述沟槽的深度在同一周期内逐渐增加或者逐渐减小或者先增加后减小或者先减小后增加。

3.根据权利要求1所述的多重沟槽超表面吸声防污结构，其特征在于，所述沟槽的深度在不同周期内是一致的或者不一致的。

4.根据权利要求1所述的多重沟槽超表面吸声防污结构，其特征在于，所述多重沟槽结构的深度h在1-5mm之间；所述多重沟槽结构的宽d在1-2mm之间，所述多重沟槽结构的沟槽间隔d在1-5mm之间；基底的厚度在5-50mm之间。

5.根据权利要求1所述的多重沟槽超表面吸声防污结构，其特征在于，所述多重沟槽超表面吸声防污结构的材料为多层碳纳米管改性的聚二甲基硅氧烷。

6.根据权利要求1所述的多重沟槽超表面吸声防污结构，其特征在于，所述多层碳纳米管改性的聚二甲基硅氧烷为聚二甲基硅氧烷与多壁碳纳米管的复合涂层，以样品的总重量为100％计，其中聚二甲基硅氧烷含量96-96.5%，多壁碳纳米管含量0.5-2%，分散剂d191与d192含量各1-1.5%。

7.一种如权利要求1所述的多重沟槽超表面吸声防污结构的制备方法，其特征在于，（1）使用锯齿刀加工铝合金原料制成金属模具底座，将所述底座与金属模具套环组合成金属模具使用；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述称取pdms组分a质量为86.5-89g，所述分散剂d191或所述分散剂d192的质量为1-1.5g，所述mwcnts-cooh的质量为0.5-2g。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)再加入pdms组分b的质量为7.5-9.5g，所述步骤（3）真空干燥箱中脱气时间为60-90min，所述步骤（4）中将所述金属模具和所述液态纳米复合涂层psm置于65℃烘箱内固化90min-120min。

技术总结本申请公开了一种多重沟槽超表面吸声防污结构及其制备方法，涉及水下吸声和防污技术领域，包括：多重沟槽结构和基底，所述多重沟槽结构的沟槽的深度不一致且呈周期排列，沟槽宽度和沟槽间隔在不同周期内相同；沟槽的深度在同一周期内逐渐增加或者逐渐减小或者先增加后减小或者先减小后增加；沟槽的深度在不同周期内是一致的或者不一致的；通过对沟槽深度的设置，使得多重沟槽超表面吸声防污结构具有高吸声性能，以及良好的防污效果。技术研发人员：付宜风,曹攀,王虎鸣受保护的技术使用者：江苏大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11