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石墨烯做揚聲器

石墨烯做揚聲器

一項新技術利用神奇的石墨烯材料做成揚聲器,可能將革新全球的音頻和電信行業。

英國埃克塞特大學的研究者設計了一種新方法,利用石墨烯產生複雜可控的聲音信號。本質上是將揚聲器、放大器以及均衡器結合到拇指甲大小的晶元中。該研究已發表在科學報道雜誌上。

傳統的揚聲器需要機械振動,可動線圈或者薄膜來回擠壓周圍的空氣產生聲音。這是一種比較笨重的裝置,一個世紀以來幾乎沒有改變。

該新技術則不包含任何運動的部分。利用交變電流迅速加熱和冷卻石墨烯那薄薄的一層原子,熱度變化傳遞到空氣中引起空氣膨脹和收縮,產生聲波。

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雖然將熱轉換為聲音的想法並不是最新的,但埃克塞特大學的研究者是首個證實可以利用這一簡單的過程混合不同頻率的聲音,並進行放大和均衡,所有這些均可在這樣一個毫米級別的設備中進行。由於石墨烯幾乎完全透明,其無需物理位移即可產生複雜聲音的能力可能推進音頻-視頻技術進一步發展,包括既可顯示圖片也可發聲的移動手機屏幕。

埃克塞特大學量子系統與納米材料組高級講師、論文第一作者David Horsell博士解釋道:「熱聲學(將熱轉換為聲音)曾被忽視了,人們認為這是一個低效的過程,沒有實用價值。我們則是針對聲音產生的原理進行研究,發現通過控制流經石墨烯的電流,不僅能產生聲音,還能改變其大小,指定放大的頻率成分。上述放大和控制方法打開了新應用的大門。」

研究團隊設想的新應用包括可用於醫院和其他醫療器械的超聲波成像。

由於石墨烯具有高強度和柔韌性等特點,可以與表面緊緊接觸,能更好地成像。此外,由於埃克塞特大學設計的聲學器件比較簡單廉價,可以將其用於製造智能繃帶,直接監控病人情況並加以治療。

Horsell博士說道:「混合不同頻率的能力對於新應用十分關鍵。這種聲音產生機理可以處理兩個或更多不同的聲源,並將其一起放大。由此可以有效地產生超聲波和次聲波。不過,最令人激動的是這种放大過程十分簡單,並且可控。這將影響電信行業的發展,改變現有的複雜和高代價技術。」

論文原文: DOI:10.1038/s41598-017-01467-z

本文譯自 phys,由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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