中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
各式納米材料多年來(lái)已被用于麥克風(fēng)和揚聲器。納米顆粒已代替揚聲器中的永久磁體，而薄膜中的碳納米纖維也以相似的方式工作，一些人也嘗試用石墨烯制造麥克風(fēng)的聲音。
現在，韓國蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)校的研究者制造了銀納米導線(xiàn)制成的納米膜，用作可伸縮揚聲器和麥克風(fēng)。研究者甚至證明了他們的納米膜可以演奏帕格尼尼的小提琴協(xié)奏曲《鐘聲回旋曲》。此外，這種“智能皮膚”還可以嵌入耳朵或喉嚨，對聽(tīng)力和語(yǔ)言障礙有所幫助。
這項研究在 8 月 3 日刊登在《Science Advances》雜志上。韓國研究者將這些銀納米線(xiàn)圈包在多聚物納米膜上。為了制造這一比一次性紋身更薄的麥克風(fēng)，研究人員設計了伸縮性電子設備，它可以隨皮膚伸展和彎曲，同時(shí)可以不損失導電和導熱性能。
通過(guò)對不同材料的測試，科學(xué)家最終使用了一個(gè)涂有多層聚合物的銀導線(xiàn)網(wǎng)格，這個(gè)設備是透明的、可伸縮的并能傳輸聲信號。
研究者選擇納米線(xiàn)而不是其他納米材料是因為，其他材料如石墨烯和碳納米管在納米尺度上的機械強度還不夠。而選擇銀則是因為銀比其他材料更容易與這種多聚物雜合。
“我們研究中最大的突破在于，我們成功開(kāi)發(fā)出了薄于 100 納米的超薄透明導電雜化納米膜，”Hyunhyub Ko 說(shuō)?！斑@些超凡的光學(xué)、電學(xué)和機械性能可作為皮膚可接觸式揚聲器和麥克風(fēng)?！盞o 是蔚山科學(xué)技術(shù)大學(xué)校的副教授，也是這項研究的工作者。
納米膜揚聲器通過(guò)由溫差引起的周?chē)諝獾恼袷巵?lái)發(fā)出聲音。在接收到音樂(lè )播放器的信號后，電流通過(guò)導線(xiàn)產(chǎn)生周期性焦耳發(fā)熱，這一過(guò)程可以將線(xiàn)圈加熱到約 33℃，產(chǎn)生了溫度震蕩，進(jìn)而通過(guò)改變周?chē)諝鈮毫Ξa(chǎn)生聲音。我們的耳朵可以接收到這種氣壓形成的聲波。
而麥克風(fēng)的工作原理這是通過(guò)夾在具有微小圖案彈性膜之間的雜合納米膜實(shí)現的。納米膜通過(guò)摩擦電壓可精確檢測到聲音震動(dòng)。麥克風(fēng)也可以通過(guò)反向操作將語(yǔ)音聲波轉換回電信號，然后通過(guò)智能手機或電腦進(jìn)行儲存和播放。
圖 | 納米膜貼在皮膚上后的效果，右圖白色橫線(xiàn)代表 1 mm。（圖源：Science Advances）
在揚聲器和麥克風(fēng)中，銀納米線(xiàn)既能提供導電性，又能使納米膜具有獨立的機械強度。該研究小組還在的文章中指出，設備可以檢測來(lái)自口腔的聲波，也可以從聲帶震動(dòng)中識別單詞。
研究人員通過(guò) 4 個(gè)實(shí)驗者用語(yǔ)音識別解鎖智能手機對麥克風(fēng)進(jìn)行測試，其中只有一個(gè)用戶(hù)是注冊用戶(hù)。在超過(guò) 10 次測試中，系統能夠超過(guò) 98% 的正確率識別聲音。
雖然研究者通過(guò)皮膚納米膜證明了技術(shù)的可行性，但這并不意味著(zhù)技術(shù)已經(jīng)可以被實(shí)際應用。研究人員表示，該揚聲器的性能與揚聲器尺寸和溫度變化成比例。如果直接接觸皮膚，為發(fā)出足夠大音量，每塊單位面積上的輸入功率會(huì )增加太多。
此外，Ko 補充到，“對于商業(yè)應用，納米膜的機械耐久度還需要進(jìn)一步提高?！?br/>
研究者認為，下一步將提高智能皮膚語(yǔ)音輸出的質(zhì)量和音量，以及在麥克風(fēng)區分不同語(yǔ)音時(shí)的準確性。他們還希望能找到更好的材料用以大規模生產(chǎn)。
