Бесшумный полет сов подсказал химикам технологию шумоподавления

Если вы наблюдали за полетом совы, то, скорее всего, не услышали ни звука — ее кожа и перья превосходно гасят шум, поглощая высоко- и низкочастотные звуки. Вдохновившись этой естественной шумоизоляцией, китайские ученые создали двухслойный аэрогель для снижения шумового загрязнения.

Статья о разработке вышла в журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Новый материал, имитирующий структуру перьев и кожи совы, можно использовать в автомобилях и на производственных предприятиях для уменьшения транспортного и промышленного шума.

Звуковое загрязнение — не просто раздражающий фактор. Чрезмерный шум может привести к потере слуха и усугубить такие заболевания, как сердечно-сосудистые патологии и диабет 2-го типа. Когда устранить источник шума невозможно, звукоизоляционные материалы помогают его снизить. Однако традиционные материалы поглощают либо высокочастотные звуки (например, визг тормозов), либо низкочастотные (например, гул двигателя автомобиля). Это означает, что инженерам часто приходится комбинировать несколько типов шумопоглощающих материалов для защиты по всей ширине звукового спектра, что увеличивает вес и объем конструкции.

За решением этой проблемы исследователи обратились к неожиданному эксперту по акустике — сове. Сова использует свои мягкие перья и пористую кожу, чтобы оставаться практически бесшумной в полете. Ученые взялись создать аналогичный универсальный широкополосный звукопоглотитель.

Они заморозили капли гексана в слое мягкого материала, используя метод, называемый эмульсионно-шаблонной заморозкой с последующей реконструкцией. После удаления замороженного гексана в материале образовалась структура, напоминающая соты. Туда добавили второй слой с нановолокнами кремния, создав волокнистый узор. Получился легкий двухслойный аэрогель: нижний пористый слой напоминает кожу птицы с микроскопическими полостями, гасящими низкочастотный шум, а верхний, состоящий из пушистых нановолокон и похожий на перья, поглощает высокочастотные звуки.

Испытания показали, что разработка:

• поглощает 58% звуковых волн, что превышает порог эффективности для шумопоглощающих материалов,
• снижает уровень шума двигателя автомобиля с 87,5 децибел до безопасных 78,6 децибел, что лучше, чем у существующих высококлассных шумопоглотителей,
• сохраняет структурную целостность после 100 циклов сжатия с деформацией всего 5%.

Исследователи считают, что эта работа открывает путь к созданию высокоэффективных, легких и долговечных звукопоглощающих материалов, которые могут значительно снизить шумовое загрязнение от промышленного оборудования и транспорта.