根據世界衛生組織的統計資料可知，聲學譟音對於人類生活具有巨大的危害，已成為繼空氣污染之後的人類公共健康的第二個殺手。傳統吸聲資料主要是聚合物泡沫及穿孔板等，雖然可顯著降低聲波傳輸，但是隨著社會工業化發展和噪音污染加劇，現時對於吸聲資料結構及效能提出了更高需求。
二維石墨烯超薄片層的高面內剛度和大面外彈性，在納米共振器件領域展示出巨大應用潜力。但由於石墨烯在組裝中易產生片層堆積，囙此如何在宏觀吸聲領域中利用超薄二維片層的共振效應仍存在挑戰。
浙江大學高分子系劉英軍副研究員、許震研究員及高超教授課題組通過實驗及類比揭示了超薄石墨烯的强共振效應，提出了利用超薄二維石墨烯鼓的優异共振效應提升商用泡沫的吸聲能力，構築了高性能宏觀吸聲泡沫，在譟音防護、建築設計及聲學設備等領域具有重要實用價值。
圖1.高性能石墨烯吸聲泡沫的結構示意圖及其原理。
設計思想：在傳統低成本高分子泡沫骨架內部構築超薄石墨烯納米鼓結構，既保證了整體孔隙的聲波摩擦損耗，又保證了微結構對於聲波的共振吸收。
圖2.高性能石墨烯吸聲泡沫的製備及結構。
為防止石墨烯在傳統聚合物泡沫內部的聚集，該工作首先將氧化石墨烯浸漬到泡沫骨架上，隨後利用課題組提出的溶塑發泡科技（Science Advances，2020，6（46）：eabd4045）構築超薄石墨烯納米鼓結構。
圖3.超薄石墨烯鼓結構單元的共振研究。
通過實驗及類比以超薄的石墨烯膜作為模型，揭示了石墨烯的共振效應與石墨烯厚度呈現負相關，當厚度新增到320 nm時，基本未產生明顯共振峰（200-6000 Hz），為高性能吸聲資料的構築及設計提供了理論基礎。
圖4.高性能石墨烯吸聲泡沫的效能研究。
證明了在200-6000 Hz的頻率範圍內，高性能石墨烯吸聲泡沫相比商用泡沫的平均吸聲效能可提高~320%，超過大部分已報導吸聲資料。
圖5.高性能石墨烯吸聲泡沫的實用效能展示。
該工作還展示了所製備高性能石墨烯泡沫在不同頻率聲音及不同音樂環境下的實際應用效果。
該研究的最大意義在於，通過簡單的製備即可將商用泡沫轉化為高性能吸聲資料，並且價格低廉，容易量產，對於在宏觀聲學領域發揮二維超薄資料優异振動效應的研究有著重要啟示意義。論文的第一作者為浙江大學高分子新物質創制國際研究中心、高分子科學與工程學系博士後龐凱，其中博士後劉曉婷為共同第一作者。該論文得到了國家自然科學基金、國家重點研發計畫、浙江大學百人計畫、中央高校專項基金等相關經費的資助。
參考文獻：
Pang K.；Liu X.；Pang J.；Samy A.；Xie J.；Liu Y.；Peng L.；Xu Z.；Gao C.，Highly efficient cellularacoustic absorber of graphene ultrathin drums.Advanced Materials，2022，Accepted.（DOI: 10.1002/adma.202103740）