材料百态

噪音，现代社会无处不在的“公敌”。机器轰鸣、汽车喧嚣、人声嘈杂……持续不断的噪音不仅影响我们的心情，更会损害健康。要对抗噪音，我们需要隔音材料的帮助。最新的研究表明，一种薄如夏蝉翅膀的丝绸织物，或许能成为消除噪音的“神器”。

这项突破性的研究，来自美国麻省理工学院和其他机构的跨学科合作团队。他们受到降噪耳机的启发，设计了一种特殊的丝绸织物。乍一看，它与普通丝绸并无二致，薄而轻盈，手感丝滑。但织入其中的却是一根根拥有“超能力”的压电纤维。

抗噪织物示意图（a.透过；b.发射；c.主动降噪；d.振动抑噪）

（图片来源：参考文献1）

何谓压电？

压电效应，源自希腊语“piezein”，意思是“压缩”或“挤压”。这一效应是指某些特定的材料在受到机械应力时，表面会产生电荷，从而形成电压。这种现象首次被发现于1880年，由居里兄弟（Jacques和Pierre Curie）在研究石英晶体时观察到。

压电材料可以分为自然存在的晶体（如石英、盐类晶体、某些生物材料如骨骼和DNA）和人工合成的材料（如某些陶瓷和聚合物）。这些材料的共同特点是，它们的晶体结构呈非中心对称，这使得在外力作用下它们的晶格易发生偏移，从而在其表面积累电荷。

当压电效应材质的应变片改变形状后会产生电压（此为夸张的示意图）

（图片来源：维基百科）

从日常生活中的打火机和压电点火炉，到高科技领域的医疗成像设备和精密工业传感器，压电技术在现代科技中有着广泛的应用。

比如在医疗领域，压电材料被用于制造超声波成像设备，这些设备可以非侵入性地观察人体内部结构，是现代诊断技术中不可或缺的一部分。在工业应用中，压电传感器能够检测机器的运行状态和健康状况，帮助进行维护和故障诊断。

常见的压电效应分为以下两种模式。

第一种模式是直接压电效应。当压电材料受到外部力量（如压力或拉力）时，其内部晶体结构的变形会导致电荷的重新分布，进而在材料两端产生电压。这种效应常被用于制作传感器和发电设备。例如，用于探测压力变化或转化机械能为电能。

第二种模式是逆压电效应。与直接压电效应相反，当电压被施加到压电材料上时，材料会经历物理形变。这种效应被广泛应用于精密控制系统（如精确驱动器和声学振动器）中。逆压电效应使得材料可以在电信号的控制下产生精确的机械运动。上文提到的这项研究制成的隔音丝绸所利用的压电纤维就是借助了逆压电效应。当环境中的声波激发压电纤维时，这些纤维能够将声波能量转换为电信号，然后再通过逆压电效应产生相对的机械振动，发出反向声波以抵消原有噪音，从而实现高效的噪声控制。

神奇丝绸的“杀手锏”

隔音丝绸中的压电纤维，先要“听见”声音，才能抑制声音。这些神奇的纤维，就像是超敏感的“耳朵”，当附近有噪音时，它们会随着声波振动，并将振动转化为电信号。研究人员巧妙利用这一特点，让织物化身为一台“隐形”的麦克风，实时捕捉周遭的声音。

但仅仅听见声音还不够，关键是要消除噪音。于是，科学家们再次发挥创意，赋予丝绸以“发声”的技能。没错，这种织物不仅能听，还能“说话”！通过控制压电纤维的振动，让织物发出特定频率的声波，与不想要的噪音“打对台”，进行抵消。就像两个人同时大喊大叫，声音互相干扰，反而听不清彼此的声音一样，噪音也被织物发出的反向声波“掐灭”了。

主动降噪技术的工作原理想象图，上方的蓝色波形代表正常音乐，下方蓝色波形为背景噪声，红色部分为耳机主动发出用来抵消噪声的声波。

（图片来源：AI合成）

除了主动发声，这种神奇的丝绸还有另一个“杀手锏”。要知道，声音的产生和传播，本质上都源于振动。如果我们能够抑制这些振动，就能从源头上防止噪音的产生，而这正是丝绸隔音的第二种模式。

通过调节电压，可以使压电纤维保持静止，从而阻断声波的传递。这种模式堪称“噤声利器”，能让飞机、汽车等嘈杂的环境瞬间安静下来。

实验数据印证了丝绸织物的隔音实力。在主动抵消模式下，它能显著降低高达65分贝的噪音，相当于把吵闹的餐馆变成了图书馆。而在抑制振动模式下，更是能减少75%的声音传播。

与看上去厚重笨拙的传统隔音材料相比，这层薄如蝉翼的丝绸简直是“斯文杀手”。

降噪丝绸（标尺1mm）

（图片来源：参考文献1）

阴差阳错带来未来科技

值得一提的是，这项革命性的隔音技术，最初的灵感其实来自智能衣物的研发项目。研究人员最早尝试把压电纤维织入服装，用于实时检测人体生命体征，但他们发现这种材料还能“听到”噪音，由此灵光一现，一个全新的降噪方案应运而生。

这种触类旁通正印证了科学研究的魅力所在，看似不起眼的无关发现，往往蕴藏着改变世界的力量。

降噪丝绸的问世，让噪音防控有了新的利器，但科学家们并未止步于此。他们计划进一步挖掘这种材料的潜力，研究如何阻隔多频噪音，并通过调整压电纤维的编织方式、施加电压等参数，不断优化织物性能。

可以预见，经过更多技术迭代，这种隔音丝绸有望成为集轻薄、透气、高效、可定制于一身的降噪“万金油”，为人们打造安静舒适的生活和工作环境。

结语

这项研究的意义，不仅在于创造了一种新型隔音材料，更在于它所蕴含的无限想象空间。试想，未来我们的衣服、窗帘、壁纸，都有可能用上这种“隔音丝绸”，随时随地营造一方宁静天地。在这个喧嚣的世界，一片小小的丝绸，或许就能带来意想不到的改变。让我们拭目以待，期待这项黑科技早日走进寻常百姓家，为更多人带去久违的宁静。

参考文献

1. Single Layer Silk and Cotton Woven Fabrics for Acoustic Emission and Active Sound Suppression, Grace H. Yang, Jinuan Lin, Henry Cheung, Guanchun Rui, Yongyi Zhao, Latika Balachander, Taigyu Joo, Hyunhee Lee, Zachary P. Smith, Lei Zhu, Chu Ma, Yoel Fink

2. 故渊：主动降噪织物问世，可让你的房间戴上“降噪耳机”

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