主要观点总结
文章介绍了一种受墨鱼骨启发的多功能超材料，该材料可以同时吸收声音和应力波能量。通过弱耦合设计，实现了高效的声吸收和机械性能。文章还介绍了该材料的声阻抗模型、实验数据、底层物理机制和优势。这种材料在材料科学和工程领域填补了关键缺口。
关键观点总结
关键观点1: 受墨鱼骨启发的多功能超材料设计
该材料的设计灵感来源于墨鱼骨，采用弱耦合设计方法，实现了高效的声吸收和机械性能。
关键观点2: 声吸收性能
实验数据表明，这种超材料在较宽的频率范围内（1.0-6.0 kHz）具有出色的声吸收性能，平均吸收系数为0.80，有77%的数据点超过0.75，达到近似完全半吸收。这一成就在厚度仅为21毫米的紧凑结构中实现，超越了其他已报道的吸声器。
关键观点3: 底层物理机制
这种超材料的性能得益于多模态混合共振和异构设计的谐振器之间的远场耦合作用。高保真声阻抗模型揭示了空气摩擦阻尼机制，促进了阻抗匹配和阻尼状态的全面分析。
关键观点4: 优势不仅在吸声
这种超材料还展现出超高的强度、极佳的能量吸收能力和高损伤容忍度。得益于拱形墙设计，应力分布集中在最大弯曲区域周围，增强结构强度。
关键观点5: 未来应用前景
这种多功能材料在材料科学和工程领域中填补了一个关键的缺口，未来应用可能告别灾难性失效和严重弯曲，采用渐进的优雅变形模式来提高结构强度和耐久性。
正文
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在实际工程中，噪声和冲击危害普遍存在，这表明迫切需要能够同时吸收声音和应力波能量的材料。然而，这种多功能材料的合理设计仍然是一个挑战。在此，受墨鱼骨的启发，我们展示了受生物启发的超材料，通过弱耦合设计具有前所未有的吸音和机械性能。声学元件采用异质多层谐振器，而机械响应则基于不对称的弧形细胞壁。这些超材料经实验证明，在 1.0 至 6.0 kHz 范围内的平均吸收系数为 0.80，其中 77% 的数据点超过了所需的 0.75 阈值，且厚度均紧凑为 21 毫米。设计了吸收率-厚度图来评估吸声效率。基于高保真微结构的模型揭示了空气摩擦阻尼机制，其宽带行为归因于多模态混合共振。借助细胞壁的弧形设计，超材料将灾难性失效转变为渐进变形模式，其特征是稳定的应力平台和 50.7 J/g 的超高比能量吸收，比直壁设计增加了 558.4%。在阐明变形机制后，提出了新兴声学机械超材料的综合研究框架。总的来说，我们的研究拓宽了多功能材料设计的视野
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总之，这项研究引入了MBAMs（一种新型多功能仿生构筑超材料）。该材料的微观结构灵感来源于乌贼的角质层，采用弱耦合设计方法，将耗散孔集成到多层板中。这种设计通过空气摩擦阻尼机制实现了高效的声吸收。此外，开发了一个高保真声阻抗模型，以细化孔径，从而促进对阻抗匹配和阻尼状态的全面分析。实验数据表明，MBAMs在较宽的频率范围内（1.0-6.0 kHz）具有出色的声吸收性能，平均吸收系数为0.80，有77%的数据点超过0.75，达到近似完全半吸收。值得注意的是，这一成就是在厚度仅为21毫米的紧凑结构中实现的，这表明在声吸收厚度-吸收性能的权衡方面取得了突破，这一突破超越了其他已报道的吸声器。深入探究其底层物理机制，可以发现这种性能的关键所在：多模态混合共振，由异构设计的谐振器之间的远场耦合作用驱动。
此外，我们的MBAMs的优势不仅限于吸声。得益于拱形墙设计，这些材料展现出超高的强度、极佳的能量吸收能力和高损伤容忍度。密度为1.53 g/cm3，平均模量为4.93 GPa，强度为211 MPa，特定能量吸收为50.7 J/g。未来应用可能告别灾难性失效和严重弯曲，因为在损伤容忍的情况下，一种渐进的优雅变形模式出现了。应力分布集中在最大弯曲区域周围，引导定向应力传播，增强有效应力传递，并促进墙体相互作用，从而增强结构强度。简而言之，这些多功能材料在材料科学和工程领域中填补了一个关键的缺口。
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