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當石墨烯開始“發聲”，有望顛覆全球音頻和電信行業！

2017-05-10 16:14:31 作者：本網整理來源：烯碳資訊分享至：

奇跡材料石墨烯“發聲”的開創性新技術可能會徹底改變全球音頻和電信行業。你能找到的幾乎每款揚聲器里，都有一層膜用于機械震動，通過震動空氣產生聲波。但英國埃克塞特大學的研究人員竟然研發出一款揚聲器，不需要靠振動發出聲音。此項頗具開創性技術的關鍵，就是石墨烯，通過細微調整過的電流加熱或冷卻這種材質，就可以制造聲波。此項研究的論文發表于期刊《Scientific Reports》。

    該新型揚聲器可以將揚聲器，放大器和均衡器混合在一起，所有這些器件被集成在只有毫米尺寸的設備內

    奇跡材料石墨烯“發聲”的開創性新技術可能會徹底改變全球音頻和電信行業。你能找到的幾乎每款揚聲器里，都有一層膜用于機械震動，通過震動空氣產生聲波。但英國埃克塞特大學的研究人員竟然研發出一款揚聲器，不需要靠振動發出聲音。此項頗具開創性技術的關鍵，就是石墨烯，通過細微調整過的電流加熱或冷卻這種材質，就可以制造聲波。

    石墨烯又輕又薄，卻極其強韌，幾年前就有人想到用它來造揚聲器了，但通常都是用石墨烯制作上文提到的那層膜。因為石墨烯很輕，所以用很小的能量就能產生振動，因此揚聲器可以變得又小又節能。

    埃克塞特大學的研究人員設計了一種開創性的方法來使用石墨烯來產生復雜和可控的聲音信號。實質上，它將揚聲器，放大器和均衡器組合成為一個只有指甲蓋大小的芯片。

    傳統的揚聲器利用運動的線圈或膜片來回驅動空氣，空氣的機械振動產生聲音，這是一項非常成熟的技術，在一個多世紀以來幾乎沒有顛覆性的改變。而這種創新的新技術將不再有需要機械振動的部件，核心部件是只有一個原子厚度的材料石墨烯薄膜，由于輸入電流的大小，石墨烯薄膜被快速加熱和冷卻產生了膨脹和收縮，引起周圍空氣振動從而產生聲波。

    那無需機械震動的揚聲器音質怎么樣呢？研發團隊稱，通過仔細調節電流穿過石墨烯的強度和位置，可以制造多種多樣的聲波。這種加熱、冷卻的循環往復，能讓揚聲器同時混合、放大、均衡多種聲波，輸出的聲波甚至能超出人類聽覺響應范圍，應用于超聲領域。

    而這就是熱量轉化為聲能的能量轉化，這在科學界并不是新鮮事。不過，埃克塞特大學的研究團隊卻是第一個在熱-聲轉化過程中實現不同頻率聲波的疊加、放大以及均衡。更加難得的是，所有的這一切都發生在這樣一個指甲蓋大小的芯片里。石墨烯幾乎完全透明，無需身體運動就能產生復雜的聲音，可以開創新一代視聽技術，我們可以甚至展望可以傳輸圖像同時發出聲音的手機屏幕。

    此項研究的第一作者David Horsell認為，過去人們不夠重視熱聲學，因為不知道它有什么實際用途，他們的團隊則將關注點放在了聲音產生的過程上。他們發現通過控制穿過石墨烯的電流，不僅能制造聲音，還能調節音量大小，并精確控制頻率。這種精確的控制為研究人員開啟了新大門，發現了諸多我們未曾設想過的應用途徑。

    該團隊正在研究將該項技術應用于超聲成像，能用于醫院以及其他醫療機構。對于新技術的應用，霍西爾博士表示：“其實發出聲音是一部分，而將不同頻率的聲波混合在一起是更加關鍵的一步。對于高效地產生超聲波或者次聲波也是很重要的。

    石墨烯由于具備高強度和柔韌性，可以與被成像體表面充分接觸從而實現更好的成像效果。此外，該團隊設計的聲學設備低成本而且非常簡單，使得未來可以直接監視和治療病人的智能繃帶這樣的概念產品具有真正實現的可能。

    霍斯爾博士補充說：”混頻是新應用的關鍵，聲發生機制使我們可以采用兩種或更多種不同的聲源，并將它們疊加，從而有效地產生超聲波（和次聲波），但最令人興奮的是，這是一個非常簡單和可控制的技術，這可能對電信行業產生真正的影響，電信行業需要以這種方式組合信號，但目前使用的方式相當復雜而昂貴。

    石墨烯揚聲器研究進展：

    之前有很多相關研究已經證明，基于石墨烯的熱聲揚聲器是可行的，但是Exeter研究人員首先在毫米級的設備上嵌入這樣的揚聲器、放大器和、均衡器。

    使用石墨烯驅動揚聲器膜是一個有趣的研究領域。最早的報告是2011年，韓國的研究人員開發了一個由石墨烯制成的透明揚聲器。 2013年，研究人員展示了一款基于石墨烯的揚聲器，可以超越最好的商用耳機。

    最近幾家公司發布了石墨烯增強型耳機。例如，小米的活塞3 Pro耳機就像使用菲利浦電子F3一樣使用石墨烯膜。

    以色列音頻先驅Waves Audio正在使用基于石墨烯的納米級活性膜開發創新的靜電揚聲器。石墨烯增強型音頻設備開發公司ORA是加拿大的早期創業公司，最近公布了其石墨烯氧化物復合材料，被稱為石墨烯Q。

    昨天也就是2017年5月7日，蘋果公司一項關于石墨烯揚聲器的準備被授予。 Apple的專利（2015年提交并于2017年初授予）詳細介紹了使用由石墨烯增強復合材料制成的隔膜的音頻設備。蘋果的石墨烯膜可用于揚聲器，麥克風或耳機設備，該專利具體包括iPhone設備的圖像作為示例應用。

蘋果解釋說，隨著設備變得越來越小，使用常規材料提供高質量音頻越來越具有挑戰性，石墨烯可以改善音頻設備的機械響應。此外，在某些情況下，使用石墨烯或石墨烯薄片材料可以減少或消除額外的外部阻尼的需要。

這里的主要發明似乎是膜本身由兩種類型的材料制成，這兩種材料與所使用的石墨烯薄片的量不同，因此硬度不同。膜的第一部分是固定的，而第二部分是靈敏的，用于檢測或產生聲音。

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責任編輯：龐雪潔

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