美科學家造出空中「聲波瓶」

原標題：美科學家造出空中「聲波瓶」

　　科技日報訊 美國能源部（DOE）勞倫斯·伯克利國家實驗室科學家新開發出一種在空中製造「聲波瓶」的技術，能讓聲波路徑按預定曲線彎曲。這一技術有著廣泛的應用前景，包括超聲波成像與治療、聲學隱形、懸浮與粒子操控等。相關論文發表在最近的《自然·通訊》雜誌上。

　　聲波跟光波類似，都是沿一條直線傳播，但其路徑會由於反射、衍射或折射而彎曲。超聲醫學成像、材料檢測就是利用了這一原理。比如超材料就是一種能讓聲波、光波彎曲的人造納米結構，但這些材料本身的性質限制了它們的應用，尤其在生物學方面。「我們想不靠人工介質也能彎曲聲波場。」勞倫斯·伯克利實驗室材料科學分部主管張祥（音譯）說，「我們的瓶子束技術能設計併合成『聲波瓶』，引導聲波按設計的曲線通過齊性空間，而無需介質材料或其他任何人工設計材料。」

　　據物理學家組織網8月4日報導，研究小組創造的「聲波瓶」有著三維曲線外殼，由高聲壓壁包圍著內部零壓區，瓶子狀的聲波集中為一束，沿著外殼曲線傳播。聲波由直徑1.5釐米、間隔2.5釐米的揚聲器陣列產生，頻率為10千赫。

　　「我們的『聲波瓶』束技術能直接用於目前的聲學系統，為控制聲學能量按需流動提供了新的自由度。」論文第一作者張鵬（音譯）說。由於「聲波瓶」的高壓壁施加了一個拉力，聲波不能從瓶內零壓區通過，由此可作為一種聲學捕獲器。而且瓶束不受內部任何障礙影響，當其傳播路徑被障礙物擋住時，還能自行恢復。研究人員用一根鋼棒驗證了這一點。

　　論文合著者李同倉（音譯）說，「聲波瓶」束開闢了廣泛的新用途，比如接近藏在障礙物後面的目標、聲學成像、可通過不均勻媒介的治療超聲波等。它還可用作一種隱身設備，改變聲波路徑，繞過目標後恢復原狀，讓聲吶系統無法發現目標。

　　此外，「聲波瓶」束還能用於聲駐波三維列印和聲懸浮。論文合著者朱傑（音譯）說：「我們的『聲波瓶』束能帶來更穩定、真實的三維圖像，聲波束沿曲線路徑衍射時，其運動更自由。而且與其他聲懸浮技術相比，我們還能懸浮更大的三維物體。」

　　論文合著者、研究小組成員楊隋（音譯）指出，捕獲比半波長更大物體的能力，可讓「聲學瓶」束成為材料研究中一種更重要的新工具。「這種巨型聲波『陷阱』有望帶來化學、材料學、生物科學等各方面的新技術和設備，比如造一個三維瓶狀的聲波『陷阱』，把它作為微型化學反應器，控制生物運輸設備等。」 （常麗君）

　　左圖 從聲源發出後，聲能形成一種三維「聲波瓶」，瓶壁為高聲壓壁，內部是零壓區。瓶底壓力場能自行彎曲繞過三維障礙物。