石墨烯的创新,是音乐你的耳朵

周三,2020年3月11日

Just over 15 years since a couple of researchers in the U.K. used adhesive tape to isolate single atomic layers of carbon, known as graphene, from a chunk of graphite, their Nobel Prize-winning discovery has fueled a revolution in ultrathin materials R&D.

石墨烯和其它原子级薄的“2D”材料表现出异乎寻常性质研究人员希望抽头到用于一定范围的应用 - 从包装到更强大的和紧凑的计算机处理器更细小的晶体管,以更小的和更精确的传感器,灵活的数字显示器,以及一个新的波量子计算机。

在能源的劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的部门科学家们帮助推动这一研究在许多方面的超薄材料,争取专门的工具和技术,使他们在纳米尺度和原子尺度来研究它们的结构和性质。

现在总部位于加州的一家名为graphaudio向以努力刺激音频革命商品化的研究人员在伯克利实验室和澳门威尼斯赌场开发的基于石墨烯的音频技术的移动。拉梅什ramchandani,graphaudio首席执行官表示,公司的目标是利用许可技术生产的石墨烯成分,其它公司在其产品中集成。

他说,他预计graphaudio的技术 - 这可能一两年内提供给消费者 - 将在耳塞式耳机和放大器的石墨烯组件,这些组件集成到既定的音频产品制造商制造的产品。

在2016年从伯克利实验室许可的技术,其涉及在被称为换能器一个声音产生部件的使用石墨烯的,可变换的各种设备,包括扬声器,耳塞和耳机,话筒,自主车辆传感器和超声波和回声定位系统。

“我们一直致力于基于石墨烯的材料和结构进行了许多年了,这个传感器是来了,走出应用之一,”说 亚历克斯·泽特尔在伯克利实验室的资深科学家,教授和澳门威尼斯赌场物理学教授谁是graphaudio许可的技术的共同发明人。其他发明者是钦舟曾任伯克利实验室的博士后研究员谁现在是在内布拉斯加 - 林肯大学的助理教授。

通过他们的团队的研究开发的传感器使用称为膜,其将电信号转换成声音小,几个层厚的石墨烯薄膜。

“它是一种像鼓面,具有圆形框架和伸展在它的膜,”泽特尔说。关于跨厘米的石墨烯薄膜的措施。所述膜和支撑框架被夹在其与交变电压驱动的基于硅的电极之间。

的电场使所述的石墨烯膜振动并以高效,可控制的方式创建的声音。这种设计中,被称为静电换能器,需要更少的部件和大于常规设计中,这可能需要电的线圈和磁体的能量少得多。

“当我们与电音频信号驱动它,它作为一个扬声器,”泽特尔说。

在一些流行的入耳式耳机,电能的只有约10%被转化为声音,而其余的作为热量损失。石墨烯传感器,不过,关于能量转换成声音的99%的转换,他说。

此外,石墨烯传感器几乎无失真,能欣赏到非常广泛的声音频率的一个非常“平坦”的响应 - 甚至远远超出人耳能够听力。这意味着,声音是在广泛的高频和低频的同等质量的 - “不只是在音频频带,但是从亚音速一路超声波,”泽特尔说。 “这是非常空前的。”

因为这样大的带宽,则基于石墨烯的换能器可被用于回声定位系统海底通信,超声系统用于在瓦砾遍布的环境中定位幸存者,以及用于在子宫人类胎儿,作为例子的高质量成像。

并且,使石墨烯传感器工作以及扬声器也可以使高品质的麦克风相同的属性,泽特尔指出。 “我们证明了在我们的实验室两种技术。既具有商业化的潜力。”

graphaudio的ramchandani说,graphaudio的样品耳机和麦克风,在消费电子演示了该公司表示在一月导致与潜在合作伙伴的一些富有成效的讨论,以及一些消费体验,他说引起了“哇”的回应。

该公司称,其技术的音质是那么清澈,它可能从交响乐队挑选出个别乐器的音调。

ramchandani指出,平板电视技术已经几乎取代了笨重和较重的阴极射线管电视,他预计同一类音频产品转型。

能够从graphaudio的许可技术出现的产品中都嵌入到车辆的内部天花板一种改进的环绕声体验薄汽车喇叭,并依赖于双向回声定位,以避免车辆碰撞改善汽车传感器。

Zettl said his team continues its R&D efforts with ultrathin materials and nanostructures.

他的团队成员拥有的特色菜包括化学和物理机械工程和材料科学和研究人员伯克利实验室的分子铸造,纳米级科学设施的频繁用户;和先进的光源,其产生可被用来研究在微小的鳞片材料光束。

“我不能够做任何这项工作没有学生和博士后研究人员,并且在这里伯克利实验室的设施,”泽特尔说。

他的研究小组的成员经常使用的原子分辨率显微镜在分子铸造探索超薄材料,例如结构。和团队成员也使用由先进光源产生的X射线来检查的材料,可以使它们非常适合用于特定应用的其它性质,他指出。

在他的团队的研究提供了新的推力是探讨如何使新类型的机械传感器与超薄是与可调弹性性能材料制造的 - 通过精确图案化的纳米孔或槽启用。

除了它们在新换能器的配置使用,如穿孔的膜也可以是用于应用范围从水过滤到基因测序是有用的。

“要能对事情有真正的应用和公共利益的工作 - 它很高兴地看到,全面发展,” zettle说。 “我很高兴能够看到这些应用程序来的这一点。对我来说这是个人奖励“。

编辑: 
格伦·罗伯茨JR。