科技日報記者 符曉波

經(jīng)過特殊裝置后，原本翻滾的水波隨即變得風(fēng)平浪靜。記者26日從廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院獲悉，該院陳煥陽教授團(tuán)隊通過精細(xì)調(diào)控超材料參數(shù)，設(shè)計出一種周期領(lǐng)結(jié)陣列結(jié)構(gòu)的水波隔離裝置。這種裝置能有效消減水波能量，為水波隔波提供了全新的方法和思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

“我們借鑒了超材料在操縱電磁波和聲波方面的顯著成效，創(chuàng)新性地通過創(chuàng)建‘負(fù)水深’概念實現(xiàn)水波隔離?！标悷柦忉專牧鲜莵啿ㄩL人工結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)自然界材料無法實現(xiàn)的許多功能，過去幾十年，超材料在操縱電磁波和聲波方面蓬勃發(fā)展。就像金屬在特定電磁波頻率下會出現(xiàn)負(fù)的介電常數(shù)從而攔阻電磁波傳播一樣，由于電磁波、聲波和水波在二維中的波動方程高度相似，因此團(tuán)隊嚴(yán)格證明超材料在水波操縱中也能表現(xiàn)出類似情況。此前，團(tuán)隊曾實現(xiàn)水波隱身、水波旋轉(zhuǎn)、水波聚焦和能量放大、水波激元和單向傳播等新現(xiàn)象。

在該項研究中，研究團(tuán)隊精心設(shè)計周期領(lǐng)結(jié)陣列，并運(yùn)用相干勢近似法，成功等效出“負(fù)水深”局域共振結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實現(xiàn)對水波的強(qiáng)烈反射與有效隔離。為驗證周期領(lǐng)結(jié)陣列的工程適用性，研究團(tuán)隊在大型水槽中開展了不同頻率范圍的實驗。結(jié)果表明，波長高達(dá)1m的入射水波在經(jīng)過若干層周期領(lǐng)結(jié)陣列后顯著減弱，陣列另一側(cè)的小船基本保持靜止，振幅幾乎為零。

海洋波浪侵蝕一直是海上作業(yè)的危險因素，水波隔離在海洋工程中至關(guān)重要。傳統(tǒng)的防洪堤、鹽沼等水波隔波方法占地面積大、成本高且效果有限。該研究成果找到了滿足小結(jié)構(gòu)尺寸、寬工作頻帶的水波隔離效果，具有良好的工程應(yīng)用前景。陳煥陽表示，目前該團(tuán)隊正在與相關(guān)企業(yè)開展大規(guī)模場地驗證，以幫助大型海洋設(shè)備減少波浪侵蝕。