利用增材制造實(shí)現(xiàn)超吸聲的具有層次可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的超疏水水泥

來源： SCI仿真工作室

噪音污染作為一種環(huán)境問題,，會對人類健康和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。為了解決這個(gè)問題,，各種降低噪音的建筑材料已經(jīng)被開發(fā)出來。然而,，目前大多數(shù)降噪材料由于孔隙結(jié)構(gòu)簡單,，吸收帶較窄，限制了其在較寬頻率范圍內(nèi)吸收聲能的能力,。在這里,，我們展示了一種水凝膠模板方法，并通過增材制造方法創(chuàng)建具有可調(diào)孔徑的分層結(jié)構(gòu)水泥基材料,。這種由水泥水化產(chǎn)生的微納米孔隙的分層可調(diào)結(jié)構(gòu)的引入有助于形成多尺度孔隙(微孔,、中孔和大孔),，在1000 Hz時(shí)實(shí)現(xiàn)0.89的吸聲系數(shù)，并確保寬帶吸聲性能(降噪系數(shù)為0.54,，與傳統(tǒng)建筑吸聲材料相比提高了約50%),。同時(shí)，該輕質(zhì)材料具有良好的抗壓強(qiáng)度(1.31 MPa)和超疏水性(水接觸角152.5◦),，導(dǎo)熱系數(shù)(0.088 W m−1 K−1)和優(yōu)異的耐火性,。本研究為設(shè)計(jì)具有超強(qiáng)吸聲性能的水泥基材料提供了新的途徑。

本文將水凝膠模板法與增材制造相結(jié)合,，提出了一種具有單層結(jié)構(gòu)和分層結(jié)構(gòu)的PCM的制備方法,。采用實(shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方法，討論了不同孔徑和不同孔徑分布對吸聲性能的影響,。此外,，還對其抗壓強(qiáng)度、耐火性能,、導(dǎo)熱性能和疏水性進(jìn)行了研究,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:

(1)分層結(jié)構(gòu)吸聲性能優(yōu)于單層結(jié)構(gòu)。分層(F) PCM具有最佳的寬帶吸聲性能(NRC = 0.54),，在1000 Hz處吸聲系數(shù)為0.89,。由直徑為1.5 cm和0.3 cm的孔隙和水泥中多尺度孔隙(微孔、中孔和大孔)形成的梯度孔徑的分層(F) PCM增強(qiáng)了水泥的聲學(xué)性能,。

(2)通過仿真驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的有效性,，并從聲壓分布的角度解釋了吸聲機(jī)理。當(dāng)聲波進(jìn)入分層(F) PCM時(shí),，大孔允許更多的聲波進(jìn)入,。同時(shí)，小孔隙具有更復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu),，可以更好地消散聲波,，從而實(shí)現(xiàn)更好的吸聲。

(3)研究了層次化(F) PCM的力學(xué)性能,、熱性能和耐久性,，在寬帶吸聲條件下，該材料具有優(yōu)異的耐火性和良好的28天抗壓強(qiáng)度為1.31 MPa,，導(dǎo)熱系數(shù)為0.88 W m−1 k−1,。此外，分層(F) PCM的接觸角為152.5◦,，實(shí)現(xiàn)了超疏水狀態(tài),。試驗(yàn)結(jié)果表明，與非疏水改性水泥相比,，疏水層次化(F) PCM經(jīng)過數(shù)百次水沖后吸聲系數(shù)沒有下降,，突出了其在潮濕環(huán)境中的吸聲耐久性,。