鼓勵(lì)奇跡材料石墨烯“談話”的開創(chuàng)性新技術(shù)可能會(huì)徹底改變?nèi)蛞纛l和電信行業(yè)。

    埃克塞特大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種開創(chuàng)性的方法來使用石墨烯生產(chǎn)復(fù)雜可控的聲音信號(hào)。實(shí)質(zhì)上，它將揚(yáng)聲器，放大器和圖形均衡器組合成尺寸為拇指指甲的芯片。如下圖所示：

    傳統(tǒng)揚(yáng)聲器通過機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生聲音，運(yùn)動(dòng)的線圈或膜片來回驅(qū)動(dòng)空氣。這是一個(gè)龐大的技術(shù)，在一個(gè)多世紀(jì)以來幾乎沒有改變。而我們這種創(chuàng)新技術(shù)不涉及移動(dòng)部件。原子厚度的石墨烯材料層被交流電流快速加熱和冷卻，并且將這種熱變化傳遞到空氣使其膨脹和收縮，從而產(chǎn)生聲波。 盡管將熱量轉(zhuǎn)化為聲音并不新鮮，但埃克塞特小組首先表明，這種簡(jiǎn)單的過程可以讓聲音頻率混合在一起，放大和平衡——全部在同一毫米尺寸的設(shè)備中。石墨烯幾乎完全透明，無需身體運(yùn)動(dòng)就能產(chǎn)生復(fù)雜的聲音，可以打開新一代視聽技術(shù)，包括傳輸圖像和聲音的手機(jī)屏幕。

    Fig.1 熱聲發(fā)電。（a）由兩個(gè)不同頻率和幅度的電流源（左）產(chǎn)生的聲譜（右）。（b）背柵式石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的AC偏置電壓V（黑色）的聲響（藍(lán)色）。（c）施加在一起的兩個(gè)頻率源不僅產(chǎn)生二次諧波響應(yīng)，而且還產(chǎn)生fA+B = 19kHz的和外差頻率。

    Fig.2 二次諧波產(chǎn)生。（a）來自一系列設(shè)備的聲壓譜（在r = 50mm測(cè)量）。底部藍(lán)色組是來自背柵式場(chǎng)效應(yīng)管的光譜。頂部紅色組是在電解質(zhì)沉積之前的四個(gè)頂柵設(shè)備的光譜。中間綠色組是兩個(gè)FET電解質(zhì)沉積后的光譜。（b）源功率為3.4W的背柵FET聲壓作為逆裝置麥克風(fēng)分離的函數(shù)。（c）（頂部）兩個(gè)背柵FET（由顏色區(qū)分）中測(cè)量的設(shè)備溫度和理論計(jì)算（線）的設(shè)備溫度作為源動(dòng)力的函數(shù)。（底）f2 = 40 kHz時(shí)的聲壓（以r = 50mm）。實(shí)線是方程（1）的預(yù)期結(jié)果。

    總而言之，我們已經(jīng)展示了從聲音到超聲波頻率的高度通用熱聲發(fā)聲器。該工作最重要的結(jié)果顯示石墨烯中的焦耳加熱機(jī)制可控地將電流源的頻率分量混合在一起。這不僅具有聲學(xué)應(yīng)用，而且在信號(hào)處理中也可以用于創(chuàng)建聲耦合線性電子混頻器。進(jìn)一步顯示了這種混合在外差，均勻，擴(kuò)增和均衡中的簡(jiǎn)單性。除了使用晶體管柵極實(shí)現(xiàn)調(diào)制之外，這提供了對(duì)聲音輸出的完全控制。這種發(fā)生器具有廣泛的潛在應(yīng)用，從電信多路通信到用于計(jì)量和感測(cè)的校準(zhǔn)聲源。最有趣的結(jié)果之一是，這一代可以用于定量測(cè)量石墨烯的導(dǎo)電性能。傳導(dǎo)中的非線性對(duì)于這種材料的光學(xué)，電子和熱應(yīng)用具有重要的影響，因此聲學(xué)探針將在這些領(lǐng)域提供新的見解。

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責(zé)任編輯：龐雪潔

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