科大仿“蝉肋骨”造出高性能声学换能器
上海自动化仪表三厂 >> 进入展台
2025-09-18 12:35:23
蝉肋骨膜的层状交替结构及其仿生制备
传统聚合物、金属及陶瓷声学换能器所用薄膜材料往往难以同时具备高强度、高韧性和优良的抗疲劳性能，这一局限性严重制约了声学换能器在高灵敏度响应和长期稳定性方面的表现。因此，开发综合性能优异、适用于高性能声学换能器的薄膜材料，仍是当前面临的重要技术挑战。针对该问题，本研究解析了蝉发声器官——蝉肋骨膜的结构与性能关系，并据此仿生制备出可用于声学换能器的高性能仿生薄膜。研究发现，蝉肋骨膜中软弹性蛋白层与硬几丁质层交替排列的结构是其优异力学性能的关键：硬质层有效承担机械负荷，软质层则通过大变形能力延缓裂纹扩展。基于这一机理，研究团队采用层层交替旋涂限域构筑与界面交联策略，*制备出具有仿生软硬交替结构的全有机复合薄膜。在限域条件下，聚合物分子链之间的缠结作用显著增强，使该仿生薄膜同时具备高拉伸强度、韧性和耐疲劳性能。这些特性使其能够兼顾高效声能输出与长期稳定的声传播性能，其基本共振频率和振幅均优于现有商业化薄膜。该研究为设计高性能声学换能器提供了全新的思路。
科大苏州高等研究的毛佳俊、严佳、王梓宇和柯腾为论文的共同一作，上海自动化仪表厂通讯作者为苏州高等研究程群峰教授和科学理化技术研究所李明珠研究员，苏州高等研究为论文*单位。该工作得到苏州高等研究和仿生界面材料科学重点实验室等平台的大力支持。该工作还得到了*自然科学基金、科技部重点研发计划、苏州实验室开放课题基金、苏州市仿生界面科学重点实验室以及科学探索奖等项目的资助。
