Dünne Beschichtungen als akustische Superabsorber

Um Schiffe auf dem Echolot unsichtbar zu machen, gibt es bereits Beschichtungen weniger Zentimeter Dicke aus Ultraschall absorbierenden Materialien. Auch Offshore-Windparks könnten solche Systeme verwenden, um Wale, Delphine und andere Meerestiere vor unnützem Lärm zu schützen. Ein Forscherteam um Valentin Leroy von der Universität Paris-Diderot in Paris berichtet in der Fachzeitschrift „Physical Review B“ über eine Beschichtung, die bereits bei einer Dicke von wenigen Millimetern akustische Signale absorbiert.

Leroy und seine Kollegen untersuchten eine dünne, elastische Polymerschicht, die im Inneren kleine Hohlräume aufweist. Solche Materialsysteme mit sich periodisch wiederholenden Hohlräumen sind bereits als Schalldämpfer bekannt. Um diese Materialsysteme jedoch besser zu verstehen und einsetzen zu können, analysierten die Forscher solche Strukturen mithilfe einer Computersimulation. Dazu nahmen sie die Hohlräume als kreisförmige Bläschen an, die jeweils eine eigene Resonanzfrequenz besitzen. Diese Resonanzfrequenz hängt dabei von der Größe der Blase und auch von der Elastizität des umgebenden Materials ab. Dadurch erhielten sie eine Gleichung, die die Schalldämpfung bei einer bestimmten Frequenz in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, sowie von der Größe und dem Abstand der Blasen angibt.

Bei ersten Tests brachten die Forscher eine 230 Mikrometer dicke Polymerschicht auf einen Stahlblock auf und beschallten diesen unter Wasser mit Wellen bei Frequenzen von wenigen Megahertz. Bis zu 97 Prozent der auftreffenden Schallwellen wurden von der Beschichtung absorbiert. Die Berechnungen von Leroy und seinen Kollegen ergaben außerdem, dass die bisher angenommene Obergrenze der möglichen Schalldämpfung mit dieser Beschichtung hundertfach übertroffen werden kann.