科技日报记者 符晓波
经过特殊装置后，原本翻滚的水波随即变得风平浪静。记者26日从厦门大学物理科学与技术学院获悉，该院陈焕阳教授团队通过精细调控超材料参数，设计出一种周期领结阵列结构的水波隔离装置。这种装置能有效消减水波能量，为水波隔波提供了全新的方法和思路。相关研究成果发表在国际期刊《科学进展》上。
“我们借鉴了超材料在操纵电磁波和声波方面的显著成效，创新性地通过创建‘负水深’概念实现水波隔离。”陈焕阳解释，超材料是亚波长人工结构，可以实现自然界材料无法实现的许多功能，过去几十年，超材料在操纵电磁波和声波方面蓬勃发展。就像金属在特定电磁波频率下会出现负的介电常数从而拦阻电磁波传播一样，由于电磁波、声波和水波在二维中的波动方程高度相似，因此团队严格证明超材料在水波操纵中也能表现出类似情况。此前，团队曾实现水波隐身、水波旋转、水波聚焦和能量放大、水波激元和单向传播等新现象。
在该项研究中，研究团队精心设计周期领结阵列，并运用相干势近似法，成功等效出“负水深”局域共振结构，进而实现对水波的强烈反射与有效隔离。为验证周期领结阵列的工程适用性，研究团队在大型水槽中开展了不同频率范围的实验。结果表明，波长高达1m的入射水波在经过若干层周期领结阵列后显著减弱，阵列另一侧的小船基本保持静止，振幅几乎为零。
海洋波浪侵蚀一直是海上作业的危险因素，水波隔离在海洋工程中至关重要。传统的防洪堤、盐沼等水波隔波方法占地面积大、成本高且效果有限。该研究成果找到了满足小结构尺寸、宽工作频带的水波隔离效果，具有良好的工程应用前景。陈焕阳表示，目前该团队正在与相关企业开展大规模场地验证，以帮助大型海洋设备减少波浪侵蚀。
