聚醚酰亚胺多孔膜结构调控及其声学超材料吸声隔声性能.pdf

第43卷第5期2023年10 月膜科学与技术MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.43No.5Oct.2023聚醚酰亚胺多孔膜结构调控及其声学超材料吸声隔声性能顾?凯，朱英文，尹扌（1.天津科技大学化工与材料学院，天津30 0 457；2.军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所，天津30 0 0 50；3军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所，天津30 0 16 1）摘要：以聚醚酰亚胺(PEI)为膜材料、N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，采用相转化法制备PEI多孔膜，并构建PEI多孔膜声学超材料，考察了PEI浓度、刮膜厚度和凝固浴组成对多孔膜厚度、密度、形貌结构、拉伸强度以及多孔膜声学超材料在低频范围吸声性能和隔声性能的影响.结果表明：PEI浓度增加抑制了多孔膜指状孔结构形成，使多孔膜密度增加，声学超材料的平均吸声系数由0.0 7 5减小到0.0 40，平均隔声量由4.12 6 dB增加到6.2 6 3dB；刮膜厚度增加使多孔膜指状孔数量减少，厚度增加，声学超材料的平均吸声系数由0.113减小到0.0 43，平均隔声量由3.149dB增加到8.317 dB；凝固浴中加入NMP促进了多孔膜海绵状孔结构形成，当NMP浓度达到8 0%（v/v)时，多孔膜基本为海绵状孔结构，增加NMP浓度使多孔膜密度增加、厚度减小，由于密度和厚度的相反作用，在实验频率范围内凝固浴组成对多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能的影响规律不明显.关键词：聚醚酰亚胺；多孔膜；结构调控；声学超材料；吸声；隔声中图分类号：TQ028；O 42 2.4；T B535文章编号：10 0 7-8 92 4(2 0 2 3)0 5-0 0 6 5-0 9doi:10.16159/ki.issn1007-8924.2023.05.009噪声广泛存在于日常生活和工业生产中，长期处于噪声环境除会引起听觉系统损害外，还会引发机体精神生理异常反应、操作能力下降、厌烦反应和消极社会行为等 1。噪声根据声音频率可分为低频噪声、中频噪声和高频噪声，其中低频噪声具有传播距离远、透声能力强、隔离难度大等特点，是噪声控制的难题.传统声学材料受限于质量定律，无法有效收稿日期：2 0 2 3-0 4-11；修改稿收到日期：2 0 2 3-0 8-11基金项目：自主科研项目（2 0 2 1ZZKY04）第一作者简介：顾凯（1997-),男，安徽六安人，硕士生，主要从事膜材料制备及其声学性能研究通讯作者，崔博，E-mail.iamcuib ;朱孟府,E-mail:引用本文：顾凯，朱英文，尹振，等.聚醚酰亚胺多孔膜结构调控及其声学超材料吸声隔声性能膜科学与技术，2023,43(5):6573.Citation:Gu K,Zhu Y W,Yin Z,et al.Structure control of the polyetherimide porous membrane and its acoustical meta-material sound absorption and the sound insulation propertiesLJ.Membrane Science and Technology(Chinese),2023,43(5):6573.振，余晓俊?，王坤?，崔博2*，朱孟府3文献标志码：A控制低频噪声 2 .近年来,声学超材料的出现为低频噪声控制提供了新思路.声学超材料是指由特殊设计的人工声学微结构单元周期排列在弹性介质中构成的新型声学材料或结构,具有超常的物理性能，与传统声学材料相比具有更好的低频降噪性能 3.声学超材料从结构上可分为薄膜型、平板型、超原子型、混合盘绕型、迷宫型、亥姆霍兹共振腔型等 4，其66中薄膜型声学超材料具有结构简单、质量轻等特点，可与传统声学材料结合使用，是当前声学超材料的主要研究方向.薄膜型声学超材料基于局域共振原理，主要围绕其吸声特性、隔声特性、理论分析、试验设计以及构造不同几何结构的宽频隔声等方面开展研究 5.Yang等 6 通过调整附加质量实现了薄膜型声学超材料对不同频率声波的反射.Naify等 7 发现动态质量密度为负的薄膜型声学超材料在低频范围的隔声量与质量定律预测相比显著增加，通过改变声学超材料质量特性可以将共振频率调节到特定值.张忠刚等 8 制备出具有低频宽带吸声性能的薄膜型声学超材料，能有效吸收10 0 10 0 0 Hz范围内的低频声波.膜作为声波传播介质，是薄膜型声学超材料的重要组成部分，其厚度、密度、力学性能等直接影响薄膜型声学超材料的吸声性能和隔声性能 9 .Ma等 10 1通过改变膜厚度和表面刚度提高了声学超材料的低频隔声性能.Li等 11设计了一种具有多层蜂窝结构的薄膜型声学超材料，通过改变膜密度和厚度可以将隔声峰值频率调谐到特定值.然而，现有研究中大多采用致密结构膜构建薄膜型声学超材料，很少考虑膜结构对声学超材料性能的影响，缺乏对非致密结构多孔膜材料的相关研究.多孔膜是指存在大量穿透性微孔的膜材料，具有密度低、重量轻等特点.其中，采用相转化法制备的多孔膜通常为非对称结构，其致密皮层的孔隙率低、孔径较小，多孔疏松层的孔隙率高、孔径较大.声学研究表明，疏松多孔材料的结构在声波传递过程中可以通过孔隙耗散声能进行吸声，而致密结构可以通过表面反射声波进行隔声 12 .目前，多孔膜声学超材料降噪性能的影响规律还有待深入研究 13-141,因此开展多孔膜结构调控、声学性能影响因素分析的研究,对调节声学超材料作用频率范围及提高降噪性能具有重要意义.本研究以结构稳定性和热稳定性好的聚醚酰亚胺(PEI)为膜材料 15-16 ，以N-甲基吡咯烷酮PEI+NMP刮膜铸膜液膜科学与技术(NMP)为溶剂,采用相转化法制备具有非对称结构的PEI多孔膜，以PEI多孔膜为基本单元构建多孔膜声学超材料，考察PEI浓度、刮膜厚度和凝固浴组成对多孔膜结构和基本性能的影响,研究多孔膜声学超材料在50 16 0 0 Hz频率范围的平均吸声系数和平均隔声量，探讨多孔膜结构调控对声学超材料吸声性能和隔声性能的影响.1实验部分1.1实验材料和仪器1.1.1材料聚醚酰亚胺（Ultem-1000），美国基础创新(GB)公司;N-甲基吡咯烷酮，AR，上海阿拉丁生物科技股份有限公司；异丙醇、正已烷，AR，上海麦克林生物科技有限公司.1.1.2仪器数显磁力搅拌器（ZNCL-GS-19090），巩义市予华仪器有限责任公司；真空干燥箱（DZF-6020MBE）、电热鼓风干燥箱（BXH-130），上海博讯医疗生物仪器股份有限公司；刮膜机（AFA-V），东莞市大来仪器有限公司；数显千分测厚规（量程0 10mm,精度0.0 0 1mm），北京卡斯特默科技发展有限公司；电子天平（BSA223S)，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；场发射扫描电子显微镜（SIGMA300），德国蔡司集团；拉力试验机（HF-9002S），江苏力高检测设备有限公司；阻抗管（BK4206），丹麦B&K声学和振动测量公司.1.2多孔膜制备图1为PEI多孔膜的制备流程图.将一定量的PEI和NMP加人三口烧瓶，在6 0 下搅拌使PEI完全溶解，冷却至室温后真空脱泡，得到PEI铸膜液.将适量铸膜液倾倒在刮膜机上，调节刮膜厚度进行刮制，随后转移至凝固浴中进行相转化成膜.待完全成膜后，采用异丙醇-正已烷溶剂交换法处理，防止干燥过程中膜孔出现塌陷 17 .最后，经过常温鼓风干燥即可制备出PEI多孔膜.相转化成膜溶剂置换凝固浴异丙醇/正已烷图1PEI多孔膜制备流程图Fig.1 Preparation schematic of the PEI porous membrane第43卷干燥PEI多孔膜第5期顾凯等：聚醚酰亚胺多孔膜结构调控及其声学超材料吸声隔声性能671.3源测试与表征1.3.1厚度和密度采用千分测厚规测量PEI多孔膜的厚度；采用天平对多孔膜进行称重，通过多孔膜的质量、面积和厚度计算多孔膜密度.1.3.2形貌结构采用扫描电子显微镜观察PEI多孔膜的截面形貌.将多孔膜样品裁剪成细条状浸人液氮中淬断，用导电胶固定在样品台上，在测试前对样品进行喷金处理。1.3.3拉伸强度采用拉力试验机测量PEI多孔膜的拉伸强度测试，多孔膜样品规格为50 mmX10mm,拉伸速率为 10 mm/min.1.3.4吸声和隔声图2 为实验设计的PEI多孔膜声学超材料结构，由铝合金圆环和PEI多孔膜组成,其中铝合金圆环的外径、内径和厚度分别为 100 mm、90 mm和5mm，通过胶黏剂将PEI多孔膜固定在两个铝合金圆环之间，多孔膜的预紧力为30 N/m.铝合金圆环图2 多孔膜声学超材料结构示意图Fig.2Schematic diagram of the porous membraneacoustic metamaterial structure采用阻抗管测试多孔膜声学超材料的吸声系数和隔声量 18-19,测试频率范围为50 16 0 0 Hz.分别以平均吸声系数和平均隔声量表示多孔膜声学超材料在实验频率范围内的吸声性能和隔声性能 2 0 。2结果与讨论2.1PEI浓度的影响讨论不同PEI浓度对多孔膜结构和基本性能以及多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能的影响，刮膜厚度为40 0 m、凝固浴组成为去离子水.2.1.1多孔膜厚度和密度图3为不同PEI浓度制备的多孔膜厚度和密度.由图3可知，随PEI质量分数从15%增加到25%,多孔膜厚度基本为2 0 0 m左右，多孔膜密度从2 38.5kg/m增加到432.4kg/m，表明PEI浓度对多孔膜厚度影响较小但可以提高膜密度.这主要是由于PEI浓度增加使单位体积铸膜液黏度增大，铸膜液中PEI分子数增多，发生相互缠结的可能性增大，从而提高了PEI多孔膜的密度 2 1.500500400F400wm/直(.8)/&300300200F200PEI多孔膜100015图3不同PEI浓度多孔膜的厚度和密度Fig.3Thickness and density of porous membraneswith different PEI concentrations2.1.2多孔膜形貌图4为不同PEI浓度制备的多孔膜截面扫描电镜照片，从图中可以看出，采用相转化法制备的PEI多孔膜具有清晰的非对称结构，包含致密皮层15%10001820PEI质量分数/%18%232523%图4不同PEI浓度多孔膜的截面SEM照片Fig.4 The cross-sectional SEM images of porous membranes with different PEI concentrations68及由指状孔和海绵状孔组成的多孔支撑层.当PEI质量分数为15%时，指状孔长度接近膜厚度，而海绵状孔结构主要分布在指状孔之间.随着PEI浓度增加，多孔膜皮层的厚度增加，支撑层的指状孔尺寸减小、数量减少，海绵状孔数量增多.PEI多孔膜结构是铸膜液的热力学特性、凝固浴介质以及相转化成膜传质过程等共同作用的结果 2 2 .PEI浓度增加使铸膜液与凝固浴接触界面附近的PEI浓度提高，使多孔膜皮层厚度增加.同时，PEI浓度增加使铸膜液黏度增大、流动性减小，相转化过程中溶剂和凝固浴的交换速率降低，发生延迟分相，促进了海绵状孔结构的形成，使多孔膜结构更致密 2 3.2.1.3多孔膜拉伸强度拉伸强度的大小可以反映膜在声波作用下的振动状态，对薄膜型声学超材料的吸声性能和隔声性能具有一定影响 19.图5为不同PEI浓度制备的多孔膜拉伸强度,由图可知,多孔膜的拉伸强度与PEI浓度有很大关系，随着PEI浓度增加，拉伸强度增加.当PEI质量分数为15%时，多孔膜拉伸强度为127.4MPa，当PEI质量分数增加到2 5%时，多孔膜拉伸强度为37 9.9 MPa.这可能是由于PEI浓度增加抑制了多孔膜的指状孔形成，海绵状孔数量增多，荷载可承受面积增大，不容易发生形变，从而使PEI多孔膜拉伸强度增加 2 3.500400300F200F100015图5不同PEI浓度多孔膜的拉伸强度Fig.5Tensile strength of porous membraneswith different PEI concentrations2.1.4多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能图6 为不同PEI浓度制备的多孔膜声学超材料平均吸声系数和平均隔声量.由图6 可知，随着PEI浓度增加，多孔膜声学超材料平均吸声系数减小，平均隔声量增加.当PEI质量分数为15%时，多膜科学与技术孔膜声学超材料的平均吸声系数和平均隔声量分别为0.0 7 5和4.12 6 dB；随着PEI质量分数增加到25%，多孔膜声学超材料的平均吸声系数减小到0.040,平均隔声量增加到6.2 6 3dB.声学研究表明，薄膜型声学超材料可等效成弹簧-质量系统，通过薄膜共振耗散声波能量，可在共振频率附近产生吸声效果；同时，薄膜型声学超材料在人射声波激励下产生负有效质量，形成类似刚性平面，通过局域共振对声波进行反射，产生隔声效果 6 .增加PEI浓度，提高了多孔膜的密度和拉伸强度,在厚度基本不变的情况下，海绵状孔占比增大，多孔膜结构趋于紧密，多孔结构振动所需作用力增强，需要更多的能量才能促使质点振动，导致多孔膜的固有振动频率提高，使多孔膜声学超材料的平均吸声系数减小，吸声性能下降.另外，当声波进人膜孔内部后，主要以反射的方式进行传播，膜密度增加使多孔膜对声波的反射作用增强，使多孔膜声学超材料的平均隔声量增加，隔声性能提高.0.200.150.100.05015图6 不同PEI浓度多孔膜的平均吸声系数和平均隔声量Fig.6Average sound absorption coefficient and averagesound transmission loss of porous membranes with2.2舌刮膜厚度的影响1820PEI质量分数/%第43卷10864201820PEI质量分数/%different PEI concentrations232523讨论不同刮膜厚度对PEI多孔膜结构和基本性能以及多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能的影响，PEI质量分数为2 3%、凝固浴组成为去离子水.2.2.1多孔膜厚度和密度图7 为不同刮膜厚度制备的PEI多孔膜厚度和密度.由图7 可知,刮膜厚度为10 0 m时,PEI多孔膜厚度为45.9m，随着刮膜厚度增加到600m，多孔膜厚度增加到30 4.3m，多孔膜厚度约为刮膜厚度的50%.另外，随刮膜厚度从10 0 um25第5期顾凯等：聚醚酰亚胺多孔膜结构调控及其声学超材料吸声隔声性能69增加到6 0 0 m，多孔膜密度基本为38 0 kg/m左右，表明刮膜厚度对多孔膜密度的影响较小。2.2.2多孔膜形貌图8 为不同刮膜厚度制备PEI多孔膜截面扫描电镜照片，从图中可以看出，当铸膜液组成一定时，采用相转化法制备非对称多孔膜，刮膜厚度决定了多孔膜的最终厚度.当刮膜厚度为10 0 m时，PEI多孔膜结构中指状孔比例较高，海绵状孔数量较少.随着刮膜厚度增加，相转化成膜过程中溶剂与凝固浴的交换速率降低，多孔膜指状孔变长变粗，但尺寸和数量占多孔膜总体的比例减少.海绵状孔数量增多，从扫描电镜照片中并未发现不同刮膜厚度制备的PEI多孔膜中海绵状孔形态存在显著差异，这表明当PEI浓度固定时，刮膜厚度对多孔膜海绵状孔结构影响较小。500400上u/直300F200F1000100200 300400500600刮膜厚度/m图7不同刮膜厚度多孔膜的厚度和密度Fig.7Thickness and density of porous withdifferent scraping thicknesses100 um500400(u.8)/&3002001000300m400.um500m600.m图8 不同刮膜厚度多孔膜的截面SEM照片Fig.8 The cross-sectional SEM images of porous membranes with different scraping thicknesses2.2.3多孔膜拉伸强度图9 为不同刮膜厚度制备PEI多孔膜的拉伸强度，从图中可以看出，刮膜厚度与拉伸强度有很大关系，随着刮膜厚度增加，多孔膜拉伸强度减小.当500400300200F1000100200 300400500600刮膜厚度/m图9不同刮膜厚度多孔膜的拉伸强度Fig.9Tensile strength of porous membranes withdifferent scraping thicknessesPEI浓度一定时,随刮膜厚度从10 0 m增加到600um，多孔膜的拉伸强度从312.0 MPa减小到263.7MPa.这主要是由于多孔膜中指状孔尺寸增大，使多孔膜承受载荷的面积减小，导致拉伸强度减小 2 41.2.2.4多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能图10 为不同刮膜厚度制备的多孔膜声学超材料平均吸声系数和平均隔声量.由图10 可知，刮膜厚度对多孔膜声学超材料的吸声性能和隔声性能有很大影响，随着刮膜厚度增加，多孔膜声学超材料的平均吸声系数减小，平均隔声量增加.当刮膜厚度为100m时，多孔膜声学超材料的平均吸声系数和平均隔声量分别为0.113和3.149dB,随着刮膜厚度增加到6 0 0 m，平均吸声系数减小到0.0 43,平均隔声量增加到8.317 dB.声学研究表明，改变薄膜厚度会影响其刚度，从而改变薄膜型声学超材料的带隙和固有振动频率 2 5.在膜密度基本不变的情况70下，随多孔膜厚度增大，孔隙通道长度变长，多孔膜的比表面积变小，减小了空气流阻，进而降低了材料在中低频段的吸声能力，吸声系数的峰值会向低频移动，多孔膜的带隙起始频率降低且带宽增加,固有振动频率提高，导致PEI多孔膜声学超材料吸声性能降低、隔声性能提高.0.200.150.100.050100200300 400 500 600刮膜厚度/m图10 不同刮膜厚度多孔膜的平均吸声系数和平均隔声量Fig.10Average sound absorption coefficient and averagesound transmission loss of porous membranes with2.3凝固浴组成的影响分别采用去离子水和NMP水溶液为凝固浴，讨论不同凝固浴组成对PEI多孔膜结构和基本性能以及多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能的影响，PEI质量分数为2 3%、刮膜厚度为40 0 m.2.3.1多孔膜厚度和密度图11为不同凝固浴制备PEI多孔膜的厚度和密度.由图11可知，当凝固浴为去离子水（即NMP浓度为0%)时，多孔膜厚度为2 10.6 m，密度为384.6kg/m.随着凝固浴中NMP浓度增加，多孔0%膜科学与技术膜厚度减小、密度增加.这主要是由于凝固浴中加入NMP使铸膜液中部分PEI溶解至凝固浴中，导致多孔膜厚度减小,同时凝固浴中的NMP降低了相转化成膜速率，发生延迟分相，使多孔膜密度增加。当NMP浓度为50%（v/v)时,PEI多孔膜的厚度和密度分别为17 1.1m和47 5.3kg/m，此后随着10NMP浓度继续增加，多孔膜的厚度和密度基本保持不变。850064004umd/300直2200010000102030 4050 60NMP质量分数/%图11不同NMP浓度多孔膜的厚度和密度Fig.11Thickness and density of porous membranesdifferent scraping thicknesseswith different NMP concentrations2.3.2多孔膜形貌图12 为不同凝固浴制备PEI多孔膜的截面扫描电镜照片，从图中可以看,随着凝固浴中NMP浓度增加,PEI多孔膜中指状孔数量减少，海绵状孔数量增多.这主要是由于凝固浴中加入NMP提高了PEI的溶解性，使相转化成膜时间延长，促进了海绵状孔结构的形成 2 6 .当NMP浓度达到8 0%（v/v）时，多孔膜除皮层附近存在少量水滴孔外基本为海绵状孔结构,这可能是由于 PEI、水和NMP的三相体系达到临界值，使多孔膜结构趋于均匀 2 7 。10%20%第43卷500400(u.8)/果3002001000708030%40%一50%60%M300X70%80%图12 不同NMP浓度PEI多孔膜的截面SEM照片Fig.12 The cross-sectional SEM images of porous membranes with different NMP concentrations第5期2.3.3多孔膜拉伸强度图13为不同凝固浴制备PEI多孔膜的拉伸强度，由图可知，当凝固浴为去离子水时，PEI多孔膜的拉伸强度为19 2.1MPa，随着凝固浴中NMP浓度增加，由于多孔膜中指状孔数量减少，海绵状孔数量增多,多孔膜结构更致密,拉伸强度增加.当NMP浓度增加到8 0%（v/v）时，多孔膜的拉伸强度为415.3 MPa.50040030020010000 10 20 30 40 50 60 70 80NMP质量分数/%图13不同NMP浓度多孔膜的拉伸强度Fig.13Tensile strength of porous membraneswith different NMP concentrations2.3.4多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能图14为不同凝固浴制备的多孔膜声学超材料平均吸声系数和平均隔声量.由图14可知，与去离子水相比，向凝固浴中加人NMP使多孔膜声学超材料的平均吸声系数减小，平均隔声量增加.当NMP浓度大于10%（v/v)时,随着凝固浴中NMP浓度增加，多孔膜声学超材料的平均吸声系数先增加后减小再增加，平均隔声量除NMP浓度为30%0.200.150.10F0.05001020304050607080NMP质量分数/%图14不同凝固浴组成多孔膜的平均吸声系数和平均隔声量Fig.14Average sound absorption coefficient and averagesound transmission loss of porous membraneswith different NMP concentrations顾凯等：聚醚酰亚胺多孔膜结构调控及其声学超材料吸声隔声性能数减小，平均隔声量增加。3）凝固浴中NMP浓度增加使相转化成膜时间延长,PEI多孔膜指状孔数量减少，海绵状孔数量10增多，多孔膜厚度减小，密度和拉伸强度增加.受多孔膜厚度减小、密度增加的相反作用，在实验频率范8围内凝固浴组成对多孔膜声学超材料平均吸声系数6和平均隔声量的影响规律不明确.总之，通过改变PEI多孔膜制备过程中PEI浓4度、刮膜厚度、凝固浴组成，可以调控PEI多孔膜的2结构,从而改变多孔膜的密度和厚度,进而影响多孔0膜声学超材料的吸声性能和隔声性能.参考文献：1盖志辉，崔博，余晓俊，等。基于NES-C4的噪声环境作业人员视觉相关作业工效的研究 解放军预防医学杂志，2 0 17，35（9)：10 2 8 10 30,10 40.2赵松龄噪声的降低与隔离（下册)MI/上海：同济大学出版社，198 9：56.71(v/v)时较小外呈现先增加后减小的趋势.根据PEI浓度和刮膜厚度对多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能影响的分析，多孔膜的密度和厚度是影响声学超材料吸声性能和隔声性能的主要因素.随着凝固浴中NMP浓度增加，指状孔转化成海绵状孔的过程减小了多孔膜的厚度，提高了PEI多孔膜的密度，多孔膜密度增加，使多孔膜声学超材料的平均吸声系数减小、平均隔声量增加，而多孔膜厚度减小使声学超材料的平均吸声系数增加、平均隔声量减小。受多孔膜密度和厚度的相反作用，在实验频率范围内凝固浴组成对多孔膜声学超材料吸声性能和隔声性能的影响规律不明确，有待后续深人研究.3结论采用相转化法制备出具有非对称结构的PEI多孔膜,构建了多孔膜声学超材料,并表征其在50 1600Hz频率范围的吸声性能和隔声性能.1）PEI 浓度增加使铸膜液黏度增大，使多孔膜密度和拉伸强度增加，提高了多孔膜的固有振动频率和对声波的反射作用，使多孔膜声学超材料的平均吸声系数减小，平均隔声量增加.2）刮膜厚度的增加降低了相转化成膜过程中溶剂与凝固浴的交换速率，对多孔膜密度影响不显著.增加厚度降低了多孔膜的带隙起始频率，提高了固有振动频率，使多孔膜声学超材料的平均吸声系723 Ding Y,Liu Z,Qiu C,et al.Metamaterial with simul-taneously negative bulk modulus and mass density J.Phys Rev Lett,2007,99(9):093904.4冯涛，王余华，王晶，等.结构型声学超材料研究及应用进展 刀振动与冲击，2 0 2 1，40(2 0)：150 一157.5 Yang Z,Mei J,Yang M,et al.Membrane-type acous-tic metamaterial with negative dynamic massJ.PhysRev Lett,2008,101:204301.6 Yang Z,Dai H,Chan N,et al.Acoustic metamaterialpanels for sound attenuation in the 501 000 Hz regimeJJ.Appl Phys Lett,2010,96:041906.7J Naify C J,Chang C M,Mcknight G,et al.Transmis-sion loss and dynamic response of membrane-type locallyresonant acoustic metamaterials J.J Appl Phys,2010,108(11):114905.8张忠刚，朱浩宇，罗剑，等吸声型薄膜声学超材料低频宽带吸声性能研究 J应用声学，2 0 19，38（5）：869875.9温激鸿声学超材料基础理论与应用 M/北京：科学出版社，2 0 19:2 2 42 34.1o Ma F,Wu J,Huang M.One-dimensional rigid film a-coustic metamaterials J.J Phys D:Appl Phys,2015,48(46):465305.11 Li Y,Zhang Y,Xie S.A lightweight multilayer hon-eycomb membrane-type acoustic metamaterialJ.Ap-pl Acoust,2020,168:107427.12 Wang S,Zhang X,Li F,et al.Sound transmission lossof a novel acoustic metamaterial sandwich panel:Theoryand experimentJ.Appl Acoust,2022,199:109035.13 Chen Y,Huang G,Zhou X,et al.Analytical coupledvi-broacoustic modeling of membrane-type acousticmetama-terials:Plate modelJ.J Acoust Soc of Am,2014,136(3):2926.14 陈斌，黄修长周期结构振动控制研究现状 J噪声与振动控制，2 0 11，31(5）：37 一41.15段翠佳，曹义鸣，陈赞ZIF-8对Ultem1000中空纤维气体分离膜性能影响研究 J膜科学与技术，2020,40(3):8894.Structure control of the polyetherimide porous membrane and itsacoustical metamaterial sound absorption and the sound insulation properties膜科学与技术16 侯影飞，王金凤，刘敏。PVA/PEI复合纳滤膜的制备及性能优化 J.膜科学与技术，2 0 16，36（6)：53一6 0.17 徐红梅，魏俊富，王晓磊，等。中空纤维超滤膜干燥过程中膜孔演变规律研究J天津工业大学学报，2014,33(3):7-11.18 张书诚，邢剑，徐珍珍基于废弃聚苯硫醚滤料的多层吸声材料制备及其性能 J纺织学报，2 0 2 2，43(12):35-41.19 Jang J Y,Park C S,Song K.Lightweight soundproof-ing membrane acoustic metamaterial for broadbandsound insulationJ.Mech Syst Sign Process,2022,178:109270.2 0 王贡献，史蒙飞，向磊，等带背腔薄膜型声学超材料低频隔声特性分析 J.噪声与振动控制，2 0 2 3，43(1):16.2 1李树轩，黄良伟，苏保卫，等.交联聚酰亚胺耐溶剂超滤膜的制备及性能研究 J.膜科学与技术，2 0 18，38(5):4754.22J Hussain A,Mehmood A,Saleem A,et al.Polyether-imide membrane with tunable porous morphology forsafe lithium metal-based batteriesJ.Chem Eng J,2023,453:139804.2 3欧阳果仔，李新冬，张鑫，等聚醚酰亚胺耐溶剂超滤膜的制备及性能研究 J材料工程，2 0 2 2，50（8）：160-168.2 4丁成成，孔伟，杨帅，等.聚酰亚胺不对称多孔膜的制备及表征.南京工业大学学报（自然科学版），2020,42(2):187194.25 Xu X,Wang X,Mei Y.A design method for absorp-tion of low-frequency noise using acoustic metamateri-alsCJ/IOP Conference Series:Materials Science andEngineering.IOP Publishing,2019,569(3):032040.2 6 储健，王丽华，虞鑫海新型聚芳醚砜锂离子电池隔膜的制备及性能J.膜科学与技术，2 0 2 1，41(6)：75-84.2 7 项军，胡肖丽，唐娜，等.基于NIPS法聚苯砜超滤膜海绵状孔结构的微观调控 J膜科学与技术，2019,39(6):71-79.第43卷GU Kail.2,ZHU Yingwen,YIN Zhen,SHE Xiaojun,WANG Kun,CUI Bo,ZHU Mengfu3(1.College of Chemical Engineering and Materials Science,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China;2.Institute of Environmental Medicine and Occupational Medicine,Academy第5期of Military Medical Sciences,Academy of Military Sciences,Tianjin 300050,China;3.Institute ofMedical Support Technology,Academy of Military Science of Chinese PLA,Tianjin 300161,China)Abstract:The polyetherimide(PEI)porous membrane was prepared by phase inversion process using PEIas the membrane material and N-methylpyrrolidone(NMP)as the solvent,in which the PEI porousmembrane acoustic metamaterial was further constructed.The effects of PEI concentration,scrapingthickness,and coagulation bath composition on the thickness,density,morphology,and tensile strengthof the PEI porous membrane,as well as the sound absorption properties and sound insulation properties ofthe porous membrane acoustic metamaterial in the low-frequency range were investigated.The resultsshowed that increasing the PEI concentration inhibited the formation of finger-like pore structures andincreased the density of the PEI porous membrane.By increasing the membrane density,the averageabsorption coefficient of the porous membrane acoustic metamaterial decreased from 0.075 to 0.040,andthe average sound transmission loss increased from 4.126 dB to 6.263 dB.Increasing the scrapingthickness decreased the number of finger-like pores and increased the thickness of the PEI porousmembrane.The average absorption coefficient of the porous membrane acoustic metamaterial decreasedfrom 0.113 to 0.043,and the average sound transmission loss increased from 3.149 dB to 8.317 dB.Theaddition of NMP to the coagulation bath promoted the formation of sponge-like pore structures in the PEIporous membrane.The PEI porous membrane was basically a fully sponge-like structure with the NMPconcentration of 80%(v/v).Increasing the NMP concentration increased the density and decreased thethickness of the PEI membrane.Due to the opposite effect of density and thickness,the effect ofcoagulation bath composition on the sound absorption propertie